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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Desenvolvimento de modelo de ensaio de Sistemas de Protecção, Comando e Controlo Numérico (SPCC) em Dispositivos Electrónicos
Inteligentes (IED) utilizando o software OMICRON “Test Universe”
Bruno César Dias Sampaio
Relatório de Projecto realizado no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Major Energia
Orientador: Prof. Dr. José Rui da Rocha Pinto Ferreira
Julho 2009
iii
Resumo
Este documento faz parte do relatório denominado "Desenvolvimento de modelo de ensaio
de Sistemas de Protecção Comando e Controlo Numérico (SPCC) em Dispositivos Electrónicos
Inteligentes (IED), utilizando o software OMICRON – “Test Universe" no âmbito do Projecto
Final do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, Major de
energia, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.
A necessidade de inovar tornou-se num grande desafio da nossa sociedade, tendo a
engenharia um papel fundamental na investigação e desenvolvimento que permitam
acompanhar a evolução da tecnologia.
No actual sistema eléctrico de energia, a eficiência da aparelhagem que o compõe é
garantia de uma boa qualidade de serviço. Em qualquer actividade profissional ou lúdica a
execução das tarefas tende a ser optimizada e cada vez mais precisa.
No decorrer das actividades efectuadas pela “SISINT”, mais concretamente, no que diz
respeito aos ensaios de comissionamento das subestações AT/MT da “EDP – Energias de
Portugal”, surgiu a necessidade de trabalhar neste sentido.
Nesta perspectiva este projecto aborda separadamente os ensaios de cada painel tipo que
compõem uma subestação AT/MT de distribuição:
• Configurações de hardware;
• Entradas binárias;
• Saídas binárias;
• Medidas analógicas;
• Funções de protecção;
• Funções de automatismo de religação.
Este projecto visa proceder a uma evolução na metodologia de ensaio dos sistemas de
protecção comando e controlo (SPCC) das subestações de distribuição, proporcionando uma
optimização dos ensaios, automatização da sua execução e rigor na obtenção dos resultados.
v
Abstract
This document is part of the report named “Development of test model in System
Protection Command and Control in Intelligent Electronic Devices, using OMICRON – Test
Universe” under the Final Project of the Integrated Master in Electrical and Computers
Engineering, Major Power Systems, Engineering School, University of Porto
The need to innovate has become one of the great challenges of our society, and
Engineering plays a key role in research and development, allowing us to go along with the
world’s progress.
In our actual electrical power system, the efficiency of its equipment ensures a quality
service, and as in any activity, professional or leisure, tasks tend to be optimized and more
precise. Therefore, during the daily tasks made by “SISINT”, specifically, what concerns
commissioning testing of AT/MT substations from “EDP – Energias de Portugal”, the need to
work in this direction has arisen.
In this perspective, this project addresses, separately, the testing of each type panel that
comprises a substation AT/MT of distribution:
• Hardware configurations
• Binary inputs
• Binary outputs
• Analogue measurements
• Protection functions
• Functions of autoreclose automatism
This project aims to achieve a development in the testing methodology of protection
command and control systems (PCCS) in distribution substations, allowing an optimization of
the testing, automation in its implementation and accuracy in achieving results.
vii
Agradecimentos
Uma dissertação é um trabalho individual, contudo sem a ajuda e o apoio incondicional de
algumas pessoas com significado especial a sua realização tornar-se-ia bem mais complexa.
Desta forma deixo uma palavra de apreço e gratidão aos familiares mais próximos, meus
pais e meu irmão por toda a disponibilidade, tolerância e preocupação a mim demonstradas.
O meu muito obrigado, pois desde sempre me demonstraram a importância da realização
académica e é a eles que devo tudo o que sou hoje. Obrigado por me incutirem este sentido
de vida.
Não posso esquecer também a pessoa que está mais ligada a mim e quero agradecer-lhe
por ter estado sempre presente nestes momentos difíceis em que por vezes me deixei levar
pelo nervosismo e ansiedade – Obrigado Daniela.
Obrigado a todos meus amigos que, distantes ou não, me ajudaram de uma forma ou de
outra a alcançar este objectivo. Em especial à Cláudia Amaro.
Aos engenheiros Fernando Santos e Rui Marçal (SIEMENS), o meu sincero agradecimento
por me terem disponibilizado material de apoio, indispensável à realização deste trabalho.
À SISINT, por me ter possibilitado desenvolver e pôr em prática este projecto e à Siemens
por ter aberto a possibilidade de implementar este sistema no comissionamento dos Sistemas
de Protecção Comando e Controlo das Subestações da EDP
Sem esquecer os vários professores desta Faculdade por me terem dado as bases
necessárias que permitiram, de certa forma, agarrar este projecto.
ix
Índice
Resumo ...........................................................................................iii
Abstract........................................................................................... v
Agradecimentos ................................................................................ vii
Índice..............................................................................................ix
Lista de Figuras ............................................................................... xiii
Lista de Tabelas ................................................................................ xv
Abreviaturas e Símbolos .................................................................... xvii
Capítulo 1 ........................................................................................ 1
Introdução....................................................................................................1
1.1. Enquadramento ....................................................................................1
1.2. Objectivos...........................................................................................2
1.3. Fundamento da evolução.........................................................................3
1.4. Estrutura do Relatório ............................................................................4
Capítulo 2 ........................................................................................ 5
Subestação AT/MT..........................................................................................5
2.1. Parque Exterior da Aparelhagem ...............................................................6
2.1.1. Transformador de potência................................................................6
2.1.2. Linha ...........................................................................................6
2.1.3. Seccionador...................................................................................6
2.1.4. Disjuntor ......................................................................................7
2.1.5. Isolador........................................................................................7
2.1.6. Descarregador de Sobretensões...........................................................7
2.1.7. Transformadores de Medida ...............................................................8
x
2.1.7.1. Transformador de Tensão............................................................8
2.1.7.2. Transformador de Intensidade ......................................................8
2.1.8. Cabo de média Tensão .....................................................................8
2.2. Edifício de Comando ..............................................................................9
2.2.1. Quadro Metálico .............................................................................9
2.2.2. Serviços auxiliares de tensão alterna ....................................................9
2.2.3. Serviços auxiliares de tensão contínua ................................................ 10
2.2.4. Rectificador ................................................................................ 10
2.2.5. Baterias de tensão contínua............................................................. 10
2.2.6. Contagem ................................................................................... 10
2.2.7. Comunicações .............................................................................. 10
2.2.8. Posto de comando local .................................................................. 10
2.2.9. Painel AT.................................................................................... 11
2.3. Quadro de Média Tensão ....................................................................... 11
2.3.1. Função de cada tipo de cela ............................................................ 11
2.3.1.1. Chegada do Transformador de Potência ........................................ 11
2.3.1.2. Linha MT .............................................................................. 12
2.3.1.3. Bateria de Condensadores ......................................................... 12
2.3.1.4. Transformador de Serviços Auxiliares ........................................... 12
2.3.1.5. Interbarras............................................................................ 12
2.3.1.6. Potencial de Barras ................................................................. 12
2.4. Sistema de Protecções, Comando e Controlo .............................................. 13
2.4.1. Unidade de Gestão Central (UGC)...................................................... 13
2.4.2. Sistema de visualização e comando (Posto Comando Loca (PCL)) ................ 14
2.4.3. Dispositivos Electrónicos Inteligentes.................................................. 16
2.4.3.1. Entradas analógicas ................................................................. 17
2.4.3.2. Entradas e saídas binárias ......................................................... 18
2.4.3.3. Interface frontal..................................................................... 19
2.4.3.4. Sistema de comunicações.......................................................... 20
Capítulo 3 .......................................................................................23
Mala de ensaios ........................................................................................... 23
3.1. Características ................................................................................... 23
3.1.1. Saídas de tensão........................................................................... 24
3.1.2. Saídas de corrente ........................................................................ 24
3.1.3. Entradas binárias .......................................................................... 24
3.1.4. Configuração de hardware............................................................... 25
3.2. Software – “Test Universe”.................................................................... 26
xi
3.2.1. QuickCMC ................................................................................... 26
3.2.2. Overcurrent................................................................................. 27
3.2.2.1. Critérios de avaliação .............................................................. 27
3.2.2.2. Aplicações ............................................................................ 28
3.2.3. Verificador de estados.................................................................... 28
3.2.3.1. Critérios de avaliação .............................................................. 28
3.2.3.2. Aplicações ............................................................................ 28
3.2.4. Ramping ..................................................................................... 29
3.2.4.1. Critérios de avaliação .............................................................. 29
3.2.4.2. Aplicações ............................................................................ 30
3.2.5. State Sequencer ........................................................................... 30
3.2.5.1. Critérios de avaliação .............................................................. 30
3.2.5.2. Aplicações ............................................................................ 31
Capítulo 4 .......................................................................................33
Modelo de ensaio ......................................................................................... 33
4.1. Estrutura .......................................................................................... 34
4.2. Painel de Linha MT .............................................................................. 36
4.2.1. Configuração do equipamento em teste .............................................. 36
4.2.2. Configuração de hardware ............................................................... 37
4.2.3. Entradas digitais ........................................................................... 38
4.2.4. Saídas Digitais .............................................................................. 39
4.2.5. Medidas analógicas ........................................................................ 39
4.2.6. Funções de protecção .................................................................... 40
4.2.6.1. Máximo de Intensidade de Fase (MIF)............................................ 40
4.2.6.2. Máximo de Intensidade Homopolar (Direccional) .............................. 47
4.2.6.3. Pesquisa de Terras Resistentes ................................................... 49
4.2.6.4. Condutor Partido .................................................................... 51
4.2.6.5. Automatismo de religação ......................................................... 51
Capítulo 5 .......................................................................................57
Conclusões e trabalhos futuros......................................................................... 57
5.1. Conclusões ........................................................................................ 57
5.2. Trabalhos futuros ................................................................................ 58
Referências .....................................................................................59
Anexos ...........................................................................................61
Relatório de testes ....................................................................................... 61
xiii
Lista de Figuras
Figura 2.1 - Subestação AT/MT .............................................................................5
Figura 2.2 - Arquitectura geral de comunicação [14] ................................................. 13
Figura 2.3 - Esquema unifilar disponibilizado pelo PCL .............................................. 14
Figura 2.4 – Lista de eventos da subestação............................................................ 15
Figura 2.5 - Página para comutação dos automatismos individuais ................................ 16
Figura 2.6 - Entradas analógicas da unidade de protecção 7SJ64 [10]............................. 17
Figura 2.7 - Entradas e saídas binárias da unidade de protecção 7SJ612 [10] ................... 19
Figura 2.8 - Unidade de protecção 7SJ64 ............................................................... 20
Figura 2.9 - Arquitectura de comunicação [14] ........................................................ 21
Figura 3.1 - Comunicação entre Omicron CMC356 e o Computador é efectuado por Ethernet
[2] .............................................................................................................. 23
Figura 3.2 - CMC 356: Módulos de saída de tensão 4 x 300V [2] ................................... 24
Figura 3.3 - CMC 356: Módulos de saída de corrente 6 x 32A / 3 x 64A / 1 x 128A [2] ........ 24
Figura 3.4 – CMC 356: Módulos de entradas binárias [2] ............................................. 25
Figura 3.5 - Vista frontal da CMC 356 com a individualização das entradas e saídas [5] ...... 25
Figura 3.6 - Exemplo da configuração de entradas binárias utilizadas no painel de Linha MT26
Figura 3.7 – “QuickCMC”: layout de teste e diagrama vectorial.................................... 27
Figura 3.8 - Módulo “Overcurrent” utilizado no painel de Linha MT definido com 3 patamares
de actuação e vários pontos de disparo ................................................................. 28
Figura 3.9 - Módulo de verificador de avisos utilizado no painel de linha MT, associado às
entradas binárias com o teste de painel em ensaio seleccionado e à espera de aprovação ... 29
Figura 3.10 - Exemplo de teste de rampa utilizado, com zona de actuação pré definida para
1A, com o critério de avaliação a ser satisfeito. Variável de estado de arranque MIF transitou
para o valor lógico de 1 precisamente nesse instante ................................................ 30
Figura 3.11 - State Sequencer: critério de avaliação baseado na avaliação do nível. Neste caso
não se verifica um total cumprimento das condições de validação. Existem duas variáveis que
não satisfazem a condição de estado aquando do “Defeito MIF-I>” ............................... 31
xiv
Figura 3.12 – “State Sequencer”: exemplo de utilização de uma sequência de quatro estados,
responsáveis pelo ensaio de uma função de religação. Neste modo de visualização apenas são
perceptíveis as definições de saídas de cada estado bem como o tempo de permanência
respectivo..................................................................................................... 32
Figura 4.1 - Estrutura do modelo de teste utilizado na LINHA MT ................................. 33
Figura 4.2 - Parametrização utilizada para defeitos de MIF com três patamares de actuação36
Figura 4.3 - Parametrização utilizada para defeitos de MIH com três patamares de actuação
.................................................................................................................. 36
Figura 4.4 - Configuração de hardware utilizada no modelo de testes do painel de Linha MT37
Figura 4.5 - Entradas digitais e respectivos LED`s configuradas no painel de Linha MT ....... 38
Figura 4.6 - Saídas digitais e respectivos LED`s configuradas no painel de Linha MT .......... 39
Figura 4.7 - Medidas analógicas do Painel de Linha MT .............................................. 39
Figura 4.8 - Critério de avaliação para o teste de “Overcurrent” ................................. 41
Figura 4.9 - Critério de avaliação para a determinação da mínima corrente de operação para
um defeito fase-fase........................................................................................ 42
Figura 4.10 - Número de estados definidos no “State Sequencer” para determinação do
tempo de actuação da função de MIF.................................................................... 42
Figura 4.11 - Definição de permanência num estado de forma temporizada juntamente com a
utilização da condição de uma entrada binária........................................................ 43
Figura 4.12 - Critério de avaliação para a determinação do tempo de operação para a função
MIF. Exemplo de teste não aprovado .................................................................... 44
Figura 4.13 - Disposição dos estados referentes ao teste de "Arranque a frio" .................. 46
Figura 4.14 - Critérios de avaliação para o teste de "Arranque a Frio" ........................... 46
Figura 4.15 - Definição dos parâmetros da rampa de verificação de direccionalidade da
função ......................................................................................................... 48
Figura 4.16 - Exemplo ilustrativo da actuação da função direccional em função do ângulo de
desfasamento entre corrente e tensão.................................................................. 49
Figura 4.17 - Definição de alguns pontos de actuação solicitados pelo modelo de ensaio..... 50
Figura 4.18 - Curva de PTR pré-definida e ilustração onde serão introduzidos os tempos de
operação obtidos nos pontos estabelecidos no modelo de teste ................................... 50
Figura 4.19 - Sequência de testes para confirmação da actuação da religação rápida por
função de protecção ........................................................................................ 52
Figura 4.20 - Critério de avaliação para o ciclo de religação RLL, para um defeito MIF....... 53
Figura 4.21 - Sequência de testes para certificar interacção de funções durante o ciclo de
religação ...................................................................................................... 54
Figura 4.22 - Condições que implicam a interrupção da função de automatismo............... 55
xv
Lista de Tabelas
Tabela 3.1 – Definição do grupo de settings _________________________________________35
Tabela 3.2 – Quadro resumo da aplicação de cada função de protecção nas diversas condições
de exploração _______________________________________________________40
Tabela 3.3 - Esquema de actuação da função de religação_____________________________51
xvii
Abreviaturas e Símbolos
Lista de abreviaturas
AR Auto Religação
AT Alta Tensão
BT Baixa Tensão
DST Descarregador de sobretensões
EDP Energias de Portugal
IED Dispositivo Electrónico Inteligente
IHM Interface Homem Máquina
MT Média Tensão
MIF Máximo de Intensidade de Fase
MIH Máximo de Intensidade Homopolar
MIHD Máximo de Intensidade Homopolar Direccional
MQST Monitorização e Qualidade dos Serviços Técnicos
PRE Produtor em regime especial
PCL Posto de Comando Local
REE Regime Especial de Exploração
RR Religação Rápida
RLL Rápida Lenta Lenta
SPCC Sistemas de Protecção Comando e Controlo
Tarr Tempo de arranque
TP Transformador de potência
xviii
TI Transformador de Intensidade de corrente
TT Transformador de Tensão
UGC Unidade de Gestão Central
Símbolos
A Ampere
ms Milissegundos
s Segundos
V Volts
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
Nas sociedades mais industrializadas e tecnologicamente mais desenvolvidas, a energia
eléctrica assume um papel preponderante para o seu desenvolvimento económico-social.
Neste contexto os aspectos da qualidade e continuidade do serviço de fornecimento de
energia são objecto de grande estudo e rigor na sua implementação.
Nesta perspectiva os sistemas de protecção desempenham um papel preponderante na
segurança do fornecimento de energia eléctrica, uma vez que, além de permitirem detectar a
ocorrência de anomalias na operação das redes de energia, também limitam as consequências
que daí advêm.
1.1. Enquadramento
A SISINT é uma empresa sediada em Vila Nova de Gaia cujo departamento de Automação e
Controlo é responsável, entre outras actividades, pelo projecto e comissionamento dos
Sistemas de Protecção Comando e Controlo Numérico (SPCC) de média tensão em subestações
AT/MT da EDP Distribuição equipadas com Equipamentos Electrónicos Inteligentes (IED) da
SIEMENS.
No actual sistema de exploração do sistema eléctrico de energia, as unidades de
protecção não actuam por si só de uma forma isolada, estão inseridas num sistema de
tecnologia numérica, com funcionalidades integradas de protecção, comando e controlo,
também designado por SPCC. Este sistema é constituído por diversas unidades/equipamentos
(Unidade Central, Dispositivos Electrónicos Inteligentes, Posto de Comando Local, rede de
comunicação local), as quais, no seu conjunto, possibilitam a execução de automatismos
distribuídos e a supervisão e comando da subestação, local ou remotamente [1].
2 Introdução
Especificamente os Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED) que neste caso são
constituídos por unidades SIEMENS são responsáveis pela execução das funções de protecção,
funções de automatismo, comando e controlo do processo, nomeadamente através da:
• Aquisição de informação proveniente do processo, medidas ou sinalizações
• Emissão de ordens para o processo
• Implementação de funções de protecção e automatismo
• Interacção com outros IED ou com a unidade central de processamento, através da
rede de comunicação (sinalizações internas, parâmetros, …)
• Comando local dos órgãos de manobra de cada painel.
1.2. Objectivos
Em qualquer sector da indústria e serviços, a execução das tarefas tende a ser optimizada
e cada vez mais precisa. Com efeito no decorrer do trabalho efectuado pela SISINT, no que
respeita aos ensaios de comissionamento das subestações da EDP, surgiu a necessidade de
tomar tal iniciativa. Daí o nascimento deste projecto que nos proporcionará optimização dos
ensaios, automatização na sua execução e rigor na obtenção de resultados.
Neste sentido, a estrutura do mecanismo de funcionamento do SPCC, que engloba
inúmeras funcionalidades e interage com diversos equipamentos, requer um elevado número
de ensaios capazes de aferir o correcto funcionamento de cada uma das suas funções com o
máximo de rigor e precisão.
Com efeito, este projecto visa desenvolver um modelo de ensaio constituído por uma base
de testes automatizados que cumpram os requisitos técnicos e normativos associados a cada
painel tipo de média tensão que constituem uma subestação AT/MT de distribuição.
Desta forma o modelo de testes será capaz de automatizar o processo de ensaio na
medida em que o operador deixa de ter um papel activo passando a exercer essencialmente
uma função de supervisão no processo. Como?
Com a criação de módulos de teste sujeitos a condições de execução, de funcionalidade e
de validação conforme os requisitos técnicos e normativos em vigor. Desta forma o modelo
tem já pré-definidos os ensaios a efectuar com base nas:
• Configurações de hardware
• Entradas binárias
• Saídas binárias
• Medidas analógicas
• Funções de protecção
• Funções de automatismo de religação
Adequadas ao tipo de painel em estudo, seja painel de Linha MT ou AT, TSA+RN, Bateria de
Condensadores, Barras MT e Transformador de Chegada MT. Assim o operador depois de
Fundamento da evolução 3
proceder à correcta montagem do equipamento de teste, fica responsável por iniciar o
mesmo, clicando no botão de RUN, proceder à alteração de estados que são solicitados pelo
próprio teste e por verificar a aprovação das várias condições de validação dos diversos
testes. À medida que os mesmos são executados, é necessário confirmar o envio das
descrições para a lista de eventos da subestação.
1.3. Fundamento da evolução
O sistema de protecção, comando e controlo numérico de uma Subestação AT/MT da EDP
Distribuição, é composto por um conjunto de funcionalidades integradas que interagem entre
si através de dispositivos electrónicos inteligentes IED por comunicação e que promovem o
funcionamento de todo o tipo aparelhagem que compõe este sistema.
Atendendo a que a execução de ensaios de comissionamento de Subestações AT/MT
contempla o ensaio de operacionalidade de todo este complexo sistema de protecção,
comando e controlo, a inexistência de um modelo de ensaio automatizado deixava ao
operador a responsabilidade de adoptar uma metodologia de ensaio capaz de satisfazer as
condições de verificação especificadas nos requisitos técnicos. Actualmente os ensaios são
efectuados com recurso a um tipo de teste designado por “Quick CMC”, que tal como o nome
indica é um tipo de teste generalista, prático e intuitivo mas que não permite criar uma base
de registos de operações e resultados passível de ser consultada e analisada posteriormente.
Apesar de existir um protocolo de ensaios em papel onde devem ser registados manualmente
os resultados obtidos, poderão surgir as seguintes questões: o teste foi efectivamente
efectuado com X condições? Quais as condições iniciais? De que forma foi efectuado o teste?
Qual o estado das outras variáveis? Entre outras questões que poderão ser completamente
objectadas com a implementação do modelo que foi por mim elaborado. Além disto, em
consequência da sua reduzida capacidade de configuração, o teste “Quick CMC” tem que
sistematicamente ser adaptado ao teste que se vai realizar pois não possui capacidade para
autonomamente proceder a tal alteração, ao contrário do modelo agora criado.
Atendendo à actual estrutura do mecanismo de funcionamento dos Sistemas de Protecção
Comando e Controlo das Subestações e à presente normalização dos requisitos e
funcionalidades do sistema, torna-se indispensável o desenvolvimento de um modelo de
ensaio automatizado, constituído por testes pré-definidos para os ensaios a efectuar, capaz
de garantir, certificar e validar a operacionalidade do sistema
A criação deste modelo de ensaio, permitirá reunir todos os aspectos enunciados, bem
como acumular a possibilidade de criar automaticamente um relatório por teste, tornando o
modelo numa real mais valia para os ensaios de comissionamento das Subestações AT/MT de
Distribuição da EDP.
4 Introdução
1.4. Estrutura do Relatório
Este relatório de projecto assenta a sua estrutura em cinco (5) capítulos, pretendendo
este primeiro, demonstrar as motivações para o desenvolvimento deste projecto, aludindo
aos seus objectivos confrontando-os com os processos actuais.
O segundo capítulo faz uma abordagem geral do ambiente onde se enquadra o projecto.
O terceiro capítulo evidencia as características do hardware e software utilizado,
nomeadamente a mala de ensaios Omicron CMC 356 e o software de teste Omicron “Test
Universe”.
No quarto capítulo descreve-se, a constituição do modelo de ensaio desenvolvido e
procede-se a uma análise detalhada dos diversos testes que constituem o modelo de ensaio
em estudo servindo como base o do Painel de Linha MT.
Por último no quinto capitulo são apresentadas as conclusões do trabalho desenvolvido e
onde se abordam possibilidades para o desenvolvimento de trabalhos futuros.
Capítulo 2
SUBESTAÇÃO AT/MT
Uma Subestação Eléctrica é uma instalação com um conjunto de equipamentos eléctricos
destinados a elevar a tensão da electricidade produzida nas centrais eléctricas para ser
transportada em Alta Tensão ou Muito Alta Tensão para as zonas de consumo, ou, uma vez
perto destas, baixar o nível de tensão para que seja efectuada a distribuição da energia.
A Subestação tipo AT/MT (Alta e Média Tensão) da rede de distribuição é uma instalação
mista, com aparelhagem de montagem exterior (painéis de alta tensão e equipamentos
complementares de média tensão) e de montagem interior, mais concretamente no edifício
de comando.
Figura 2.1 - Subestação AT/MT
6 Subestação AT/MT
2.1. Parque Exterior da Aparelhagem
No parque exterior da aparelhagem estão instalados os painéis de Alta Tensão e os
equipamentos complementares de média tensão. Os equipamentos que constituem o andar AT
no parque exterior de uma subestação são os seguintes;
2.1.1. Transformador de potência
No sistema de energia, desde a produção até à utilização, são impostos diferentes níveis
de tensão por considerações de ordem económica e de segurança. Para realizar a transição
entre os níveis de tensão empregam-se instalações transformadoras – subestações, onde o
elemento base é o transformador de potência. É ele que assegura a transformação da Alta
Tensão (60 kV) para a Média Tensão (30, 15 ou 10 kV, consoante a zona de implantação da
Subestação. Estes realizam a sua função com rendimentos elevados. O Transformador de
Potência (TP) é assim o equipamento mais dispendioso de uma Subestação.
O TP permite regular a tensão com possibilidade de actuação no número de espiras do
enrolamento primário (tomadas do TP), de modo a manter o valor da tensão no secundário.
Além do mais dispendioso é também o equipamento mais volumoso da Subestação. Pode
pesar até cerca de 70 toneladas e atingir cerca de 5 metros de altura. O óleo isolante compõe
usualmente 25 % do peso total.
2.1.2. Linha
As Linhas de Alta Tensão (AT) são condutores utilizados para estabelecer um circuito
eléctrico e que podem ser utilizados para interligar duas instalações AT (Subestações ou
Postos de Seccionamento AT).
Poderá ser utilizada também para alimentar clientes de Alta Tensão ou para escoar a
energia eléctrica de algum produtor de energia eléctrica. Estes últimos cada vez mais
marcam presença na rede de distribuição, devido aos produtores eólicos, enquadrados dentro
da Produção em Regime Especial (PRE).
2.1.3. Seccionador
O Seccionador é o equipamento de corte visível mas que não possui poder de corte em
carga. O corte visível é importante e fundamental na segurança de pessoas, ou seja, é um
dispositivo de manobra (mecânico) que assegura, na posição aberta, uma distância de
isolamento que satisfaz requisitos de segurança especificados.
Parque Exterior da Aparelhagem 7
2.1.4. Disjuntor
O Disjuntor é um dispositivo electromecânico que protege os circuitos contra
sobreintensidades (curto-circuitos ou sobrecargas).
O disjuntor interrompe o circuito eléctrico, antes que os efeitos térmicos e mecânicos
desta corrente se possam tornar perigosos. A intensidade de corrente máxima a que o
Disjuntor ainda consegue actuar é de 25 kA (25 000 A).
O corte é efectuado separando 2 contactos numa câmara de corte, que possui como
material dieléctrico (isolante) o gás hexafluoreto de enxofre (SF6), com excelentes
propriedades dieléctricas e de extinção do arco eléctrico. As temperaturas atingidas quando
ocorre o arco eléctrico são de cerca de 2000 ºC. O SF6 ajuda a arrefecer os contactos em
poucos milésimos de segundo (ms). O tempo máximo de abertura de um Disjuntor de Alta
Tensão é de 70 ms e usualmente os tempos andam à volta de 35 ms.
2.1.5. Isolador
Os Isoladores afastam electricamente qualquer parte em tensão (barramento AT, Linhas,
etc.) das estruturas que os suportam.
A EDP utiliza isoladores de porcelana. A porcelana é uma das derivações da cerâmica,
caracterizada principalmente pela ausência de porosidade. Considerada como um dieléctrico
(isolante) sólido, a porcelana destaca-se principalmente pela sua alta capacidade de
isolamento eléctrico e resistência mecânica.
2.1.6. Descarregador de Sobretensões
O descarregador de Sobretensão (DST) é o equipamento que actua como protecção em
relação às sobretensões.
No surgimento de uma sobretensão elevada (por exemplo, devido a descargas
atmosféricas directas nas Linhas de Alta Tensão), o equipamento vai “descarregar a corrente”
para o circuito de terra.
O terminal superior está ligado ao circuito de potência e a base está ligada à terra,
através de uma barra de cobre. O material associado ao descarregador de Sobretensão é o
óxido de zinco e possui uma resistência não linear funcionado como uma resistência de baixo
valor para as sobretensões (fazendo com que a intensidade de corrente circule do terminal
superior para a terra) e de valor elevado para a tensão normal (não acontecendo nada nesta
situação).
8 Subestação AT/MT
2.1.7. Transformadores de Medida
A ligação directa de aparelhos de medida num circuito de alta tensão além de perigosa
obrigaria a construir estes aparelhos com enormes dimensões dada a necessidade de elevado
nível de isolamento e grandes secções para as bobinas. Assim, os aparelhos de medida são
ligados ao secundário de um transformador de medida no qual se obtêm as grandezas a medir
já reduzidas a valores convenientes e sem perigo.
O transformador de medida, para além da segurança, tem ainda a função de aumentar o
campo de medida (apenas em corrente alternada) do aparelho a utilizar
2.1.7.1. Transformador de Tensão
Tal como o Transformador de Potência, o Transformador de Tensão (TT) é um
transformador, com 2 enrolamentos: um primário e um secundário.
Transforma a tensão real numa tensão medida, proporcional à real mas muito mais
reduzida.
O TT dá a imagem da tensão que, naquele momento, existe no enrolamento primário. Por
exemplo, nos TT que utilizem a relação de transformação 60 000/100 V, se estiverem 60 000
V no primário surgem 100V no secundário e esse valor pode ser constantemente monitorizado
pelas unidades de protecção. Desta forma as unidades de protecção apenas recolhem os
valores secundários de corrente alterna e é com base nesses valores que são avaliados os
níveis de tensão do barramento AT.
2.1.7.2. Transformador de Intensidade
Tal como os Transformadores descritos anteriormente o Transformador de Intensidade de
Corrente (TI) é um transformador com 2 enrolamentos: um primário e um secundário.
Transforma a corrente que circula no enrolamento primário numa corrente induzida no
enrolamento secundário, proporcional ao primário mas muito mais reduzida.
Estas correntes são suficientemente reduzidas de forma a possibilitar a medição pelas
unidades de protecção e pelos contadores.
2.1.8. Cabo de média Tensão
O cabo MT é responsável pela ligação do secundário do transformador de potência ao
respectivo barramento MT que se encontra no quadro metálico
O Cabo MT é constituído por um condutor e por uma camada isolante. O material
condutor é multifilar e tem uma baixa resistência eléctrica (usualmente alumínio ou cobre)
que permite transmitir uma determinada intensidade de corrente. A secção do condutor é
escolhida de acordo com a intensidade de corrente pretendida.
A camada isolante destina-se a separar electricamente (ou isolar) o condutor, em relação
ao exterior. O material utilizado é isolante sintético usualmente termoplásticos ou
Edifício de Comando 9
elastómeros e polímeros. O material mais utilizado é o polímero reticulado. Existem ainda
outros constituintes do cabo que variam consoante o tipo de utilização do cabo e são os ecrãs
metálicos, as armaduras e as bainhas exteriores.
O ecrã metálico destina-se a criar uma protecção eléctrica e mecânica e são utilizados
usualmente materiais condutores através de uma malha em torno da camada isolante. As
armaduras protegem mecanicamente contra esforços tais como esmagamento e impacto e
acção de roedores e é utilizado aço em forma de fita ou vários fios envolvendo o ecrã
metálico. A bainha exterior destina-se a proteger o cabo do exterior, nomeadamente a
estanquicidade à água, bom comportamento com a temperatura, resistência a agentes
nocivos (químicos, corrosivos, etc.). São utilizados materiais plásticos isolantes tais como o
PVC, Polietileno ou compostos ignífugos se se pretender resistência à propagação do fogo.
2.2. Edifício de Comando
O edifício de comando é constituído por uma sala ampla onde se encontra instalado o
equipamento principal de Média Tensão – Quadro Metálico blindado e respectivo barramento
MT – e os sistemas de alimentação e de comando e controlo que se encontram integrados em
armários adequados para o efeito.
2.2.1. Quadro Metálico
Quadro que contém as Celas de Média Tensão (MT), onde interligam as linhas de MT da
rede de distribuição que irão alimentar os Postos de Seccionamento e de Transformação da
rede de distribuição nos centros de consumo. Este inclui todos os paneis de saída MT, baterias
de condensadores, Transformadores de Serviços Auxiliares e Reactância de Neutro. A
existência do painel de seccionamento de barras depende do tipo de barramento utilizado.
2.2.2. Serviços auxiliares de tensão alterna
Armários que contêm os disjuntores de Baixa Tensão (BT) que alimentam os diversos
circuitos de tensão alternada da Subestação. Este armário é alimentado pelos
Transformadores de Serviços Auxiliares e alimenta diversos serviços, tais como a ventilação
de emergência, o aquecimento dos armários no exterior, o ar condicionado, a iluminação e as
tomadas da Subestação.
10 Subestação AT/MT
2.2.3. Serviços auxiliares de tensão contínua
Armários que contêm os disjuntores de Baixa Tensão (BT) que alimentam os diversos
circuitos de tensão contínua da Subestação. Este armário é alimentado pelas baterias de
tensão contínua e depois cada circuito de tensão contínua alimenta diversos serviços, tais
como as centrais de intrusão e incêndio, o PC e os diversos circuitos de comando e protecção.
2.2.4. Rectificador
Armário onde se aloja o equipamento que converte a alimentação em tensão alternada
em tensão contínua, que irá alimentar (carregar) as baterias de tensão contínua.
2.2.5. Baterias de tensão contínua
Baterias onde se armazena a energia eléctrica. Todos os circuitos de comando e protecção
funcionam a tensão contínua, alimentados pelas baterias em caso de indisponibilidade da
tensão do rectificador.
Faltando a energia as baterias asseguram o comando funcional da Subestação durante o
tempo da capacidade das baterias, tal como, a alimentação das unidades de protecção e o
comando dos motores dos órgãos comandáveis.
Como as baterias do Projecto Tipo têm 200 Ah de capacidade poderão fornecer 20 A de
intensidade de corrente durante 10 horas.
As baterias são do tipo Alcalino.
2.2.6. Contagem
Armário onde se encontram os contadores da Subestação. Existe contagem da energia que
passa nos Transformadores de Potência, nos Transformadores de Serviços Auxiliares e também
é medida a energia reactiva das Baterias de Condensadores.
Existe também um sistema de telecontagem que envia os valores das contagens pela rede
telefónica para os serviços centrais da EDP, ficando disponível em tempo real as contagens da
Subestação.
2.2.7. Comunicações
Armário onde se acomoda o equipamento de telecomunicações, que permite que a
Subestação seja comandada remotamente, sem a presença física de técnicos.
2.2.8. Posto de comando local
Armário que contém um computador que faz de Posto de Comando Local, com um
sinóptico que permite comandar localmente os seus órgãos.
Quadro de Média Tensão 11
É uma imagem da configuração real da Subestação, com a indicação do estado
(aberto/fechado) dos seus órgãos comandáveis, tais como os Disjuntores, os Seccionadores e
as Tomadas do Transformador de Potência.
2.2.9. Painel AT
Contêm as unidades de protecção e comando dos diversos Painéis bem como o regulador
automático de tensão. Estas unidades recebem informações e medidas (dos Transformadores
de Tensão e de Intensidade de Corrente) e avaliam em tempo real a necessidade de actuação,
junto dos órgãos de corte (Disjuntores) ou nas tomadas do Transformador de Potência
2.3. Quadro de Média Tensão
Os quadros metálicos de MT são compostos por celas elementares, que contêm a
aparelhagem correspondente à função que definirá o seu tipo de funcionamento.
Com efeito, cada quadro metálico de MT pode comportar os seguintes tipos de celas:
• Chegada Transformador de Potência
• Linha
• Bateria de Condensadores
• Transformador de Serviços Auxiliares e Reactância de Neutro
• Potencial de barras
• Interbarras
Cada painel tipo inclui também todas as ligações responsáveis pela transferência de
informação entre o meio físico e os dispositivos de controlo e protecção.
2.3.1. Função de cada tipo de cela
2.3.1.1. Chegada do Transformador de Potência
A cela de Chegada do Transformador, tal como o próprio nome indica, assegura a ligação
entre o secundário do transformador de potência AT/MT e o barramento do quadro metálico.
É responsável pela alimentação do barramento de Média Tensão por intermédio do circuito
secundário do Transformador de Potência. Normalmente esta ligação é efectuada a cabo.
12 Subestação AT/MT
2.3.1.2. Linha MT
A cela de Linha MT permite fazer a distribuição da alimentação do sistema eléctrico pelas
várias linhas de média tensão que compõem um dado sistema dado que estão “penduradas”
no barramento de MT da Subestação.
A cela de Linha MT tem a particularidade de permitir, ora alimentar a rede, ora alimentar
o próprio barramento seja através de um produtor isolado ou do fecho em anel da própria
rede. Este tipo de configuração confere ao painel de linha uma grande versatilidade que terá
de ser levada em linha de conta no estudo de coordenação para a sua protecção, avaliada
mais adiante.
2.3.1.3. Bateria de Condensadores
A cela de Bateria de Condensadores é responsável pela ligação do barramento de média
tensão a um ou mais bancos de baterias de condensadores que têm como função permitir a
compensação do factor de potência do sistema a que se encontra ligado ora de uma forma
manual ora de uma forma automática e programada no tempo.
2.3.1.4. Transformador de Serviços Auxiliares
A cela de Transformador de Serviços Auxiliares assegura a ligação do barramento de
média tensão a um transformador MT/BT responsável por alimentar todo o sistema de baixa
tensão existente na subestação.
Além do exposto esta cela assegura a ligação do barramento a uma reactância de neutro
que permite uma alteração rápida do regime de neutro da subestação, isolado ou impedante.
2.3.1.5. Interbarras
A cela de interbarras permite a ligação de dois semi-barramentos caso estes existam. A
exploração do SEE poderá assim optar por um sistema de barramento único ou de dois semi-
barramentos.
2.3.1.6. Potencial de Barras
A cela de Potencial de Barras contém o transformador de medidas de tensões e é
responsável por distribuir através do circuito secundário do mesmo os valores de tensão para
as celas cujas protecções necessitem o seu conhecimento. Esta distribuição será efectuada
conforme o esquema de princípio.
Sistema de Protecções, Comando e Controlo 13
2.4. Sistema de Protecções, Comando e Controlo
O sistema de protecção comando e controlo (SPCC) de tecnologia digital assegura o
comando e a supervisão da subestação, no local e à distância, através das funções de
protecção, automatismo e encravamento definidos para cada tipo de painel.
O SPCC de uma subestação é composto por:
• Unidade de Gestão Central (UGC)
• Sistema de visualização e comando (Posto Comando Local)
• Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED`s 7SJ612,7SJ642)
Figura 2.2 - Arquitectura geral de comunicação [14]
2.4.1. Unidade de Gestão Central (UGC)
A Unidade de Gestão Central (UGC) é responsável pela execução das funções de comando
e controlo de toda a instalação, no local e à distância, nomeadamente:
• Supervisão e comando local da subestação;
• Recolha e tratamento da informação gerada na subestação;
• Gestão do registo cronológico de acontecimentos na subestação, garantindo o
arquivo no PCL dos registos de eventos e de oscilografia, “descarregados”
automaticamente das protecções numa lógica “Event Triggered”;
• Implementação de funções de automatismo; configuração, parametrização e
manutenção de todos os módulos funcionais do sistema, através dum posto de
comando local (PCL);
• Animação em tempo real dos diversos quadros gráficos do IHM disponíveis no PCL;
• Interligação com o sistema de telecondução e despacho da EDP
14 Subestação AT/MT
Toda a transferência de informação é baseada num sistema de comunicações, descrito
mais adiante, no qual a UGC funciona como um nó na rede interagindo com todos os IED`s.
De forma a garantir a mesma datação nos equipamentos constituintes do SPCC, existe um
sistema de sincronização horária através dum GPS.
2.4.2. Sistema de visualização e comando (Posto Comando Loca (PCL))
O sistema de visualização e comando de uma subestação, vulgarmente designado por
Posto de Comando Local-PCL assegura, na sua área de abrangência, e em articulação com o
Centro de Despacho da EDP, o comando e controlo da subestação e a coordenação das
medidas e meios para a visualização de estados e ocorrências, tendo em vista a supervisão do
sistema. Trata-se então de um interface de operação entre o utilizador (Operador/Despacho)
e toda a aparelhagem da instalação através de um monitor situado no armário da Unidade de
Gestão Central.
Figura 2.3 - Esquema unifilar disponibilizado pelo PCL
A figura 2.3 representa a imagem obtida através do PCL referente ao esquema unifilar do
nível de média tensão duma subestação com dois semi-barramentos (apenas um é visível)
Através da mesma é possível comandar individualmente os aparelhos dos painéis dos ramais
Sistema de Protecções, Comando e Controlo 15
de MT, AT e BI e verificar o estado em tempo real de cada um deles. As funções de
automatismo individuais estão visíveis neste nível de visualização.
Na barra inferior existe a possibilidade de comutar a imagem de apresentação conforme
as funcionalidades que se pretendem executar. Com efeito, e descrevendo apenas algumas
delas, podem-se seleccionar as imagens referentes aos andares AT e/ou MT, automatismos
gerais e/ou por nível de tensão, medidas, eventos, alarmes, entre outros.
Figura 2.4 – Lista de eventos da subestação
A imagem 2.4 representa a lista de eventos que é gerada de forma instantânea por ordem
de ocorrência na subestação. Esta lista recolhe todas as alterações de estado dos
16 Subestação AT/MT
equipamentos bem como regista todas as ocorrências ao nível de defeitos detectados pelas
unidades de protecção sinalizando tanto alarmes como disparos.
De forma a controlar as funções de automatismo individuais inerentes a cada tipo de
painel o PCL disponibiliza uma secção onde se poderá activar e desactivar a função de
deslastre de tensão e frequência por painel, seleccionar o tipo de programa de deslastre, a
prioridade do painel, definir o programa e afectar ou não o painel ao religador, afectar ou
não o painel ao automatismo de PTR e definir a sua prioridade, seleccionar o tipo de saída e
seleccionar o regime de exploração dos painéis,
Figura 2.5 - Página para comutação dos automatismos individuais
2.4.3. Dispositivos Electrónicos Inteligentes
Os Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED – Intelligent Electronic Device) são
responsáveis pela execução das funções de protecção, automatismo e comando e controlo do
processo (aquisição de dados e comando da aparelhagem).
Sistema de Protecções, Comando e Controlo 17
Tipicamente, os IED, através da utilização de hardware específico (cartas electrónicas de
entrada e saída), são responsáveis pela:
• Aquisição de informação proveniente do processo (sinalizações e medidas);
• Emissão de ordens para o processo (por solicitação das funções de telecomando,
protecção ou automatismo);
• Implementação de funções de automatismo e de protecção;
• Interacção com outros IED ou com a unidade central de processamento, através da
rede de comunicação local (sinalizações internas, parâmetros e telecomando);
• Comando local dos órgãos de manobra de cada painel.
As unidades de protecção e comando utilizadas ao nível da média tensão nas Subestações
da EDP são as 7SJ642 e as 7SJ612. São dispositivos numéricos, multifuncionais, de controlo e
protecção equipados com um microprocessador poderoso. Todas as tarefas são processadas
digitalmente, desde a obtenção de valores medidos até aos comandos para os disjuntores.
2.4.3.1. Entradas analógicas
As entradas analógicas de medições de corrente alterna convertem correntes e tensões
originárias dos secundários dos transformadores de medida e adaptam-nas para o nível
adequado para processamento interno no dispositivo.
Figura 2.6 - Entradas analógicas da unidade de protecção 7SJ64 [10]
18 Subestação AT/MT
A unidade fornece quatro entradas de correntes. Dependendo do modelo, o dispositivo
também está equipado com três ou quatro entradas de tensões. Três entradas de correntes
servem para entrada das correntes de fases. A quarta entrada de corrente (IN) pode ser usada
para a medição da corrente de defeito à terra (ponto estrela do transformador de corrente),
ou para um transformador de corrente de terra separado (para detecção de corrente de
defeito sensitivo de terra e detecção direccional de defeitos à terra), normalmente utilizando
um toro.
As entradas de tensão também podem ser usadas para medir as três tensões de fase a
terra, ou duas tensões fase-fase e a tensão residual (Tensão VN). Também é possível conectar
duas tensões fase-fase em conexão delta aberto. Desta forma, as quatro entradas de tensão
da 7SJ64 também podem ser aplicadas para a entrada de 3 tensões fase-terra, uma tensão
residual (tensão VN) ou uma outra tensão para a função de check de sincronismo.
Para o ensaio e determinação do modelo em estudo a injecção de correntes e tensões é
efectuada nestas entradas analógicas. De notar que para proceder aos ensaios devem-se
seccionar os bornes da instalação de forma a curto-circuitar o circuito de correntes para o
exterior (TI`s) e abrir o circuito externo das tensões.
Paralelamente ao processamento de valores medidos, o sistema de microcomputador
também executa efectivamente as funções de protecção e controlo. Inclui especialmente:
• Filtragem e preparação das grandezas medidas
• Monitorização das condições de pickup para as funções de protecção individuais
• Interrogação de valores limite e sequências no tempo
• Controlo de sinais para as funções lógicas
• Saída de comandos de controlo para dispositivos de chaveamento
• Gravação de mensagens, dados de defeitos e valores de defeitos para análise
• Gerenciamento do sistema operacional e funções associadas, tais como, gravação
de dados, relógio em tempo real, comunicação, interfaces, etc.
• A informação é fornecida por meio de amplificadores de saída.
2.4.3.2. Entradas e saídas binárias
As unidades de protecção obtêm informação externa através dos módulos de
entradas/saídas binárias. Cada entrada é activa através duma tensão de polarização obtida
nos terminais respectivos. As unidades em estudo, 7SJ642 que disponibiliza 20 (vinte)
entradas binárias e a 7SJ612 que disponibiliza 11 (onze) entradas permitem obter os estados
actuais da aparelhagem da subestação bem como qualquer alteração no sistema.
Sistema de Protecções, Comando e Controlo 19
Através das saídas binárias as unidades assumem uma função de controlo permitindo
actuar sobre alguns equipamentos e enviar sinalizações para sinalização remota de eventos
importantes.
Figura 2.7 - Entradas e saídas binárias da unidade de protecção 7SJ612 [10]
2.4.3.3. Interface frontal
No painel frontal obtêm-se informações tais como, mensagens relacionadas a eventos,
estados, valores medidos e status funcional do dispositivo, e são fornecidas por meio de
díodos de emissão de luz (LEDs) e uma tela (LCD).
Um controlo integrado e teclas numéricas em conjunto com o LCD facilitam a interacção
com o dispositivo remoto. Por meio desses elementos, toda informação do dispositivo, tal
como, parâmetros de configuração e de ajustes, mensagens de defeitos, operações e valores
medidos, podem ser observados. Parâmetros de ajustes, tais como settings de actuação
tempos de disparo, activação e desactivação de funções podem ser alterados da mesma
forma.
20 Subestação AT/MT
Além disso, o controlo dos disjuntores e outros equipamentos é possível a partir do painel
frontal do dispositivo.
Figura 2.8 - Unidade de protecção 7SJ64
2.4.3.4. Sistema de comunicações
A rede de comunicação local do SPCC assegura a comunicação entre a Unidade de Gestão
Central, os Dispositivos Electrónicos Inteligentes e o Posto de Comando Local, sendo
constituída por uma infra-estrutura física e por equipamentos de comunicação.
A infra-estrutura física da rede local é do tipo “fast ethernet”, suportada em fibra óptica,
garantindo uma velocidade de transmissão adequada à execução das diferentes funções
inerentes ao SPCC.
Sistema de Protecções, Comando e Controlo 21
Entre os IED de painel e a UGC a topologia é em anel, sendo utilizado o protocolo de
comunicação IEC61850. Para a comunicação entre os IED é utilizado o mecanismo de
prioritização de mensagens associado a este protocolo – GOOSE (Generic Object Oriented
Substation Event) – possibilitando a implementação de lógicas de encravamento via Bus,
aceleração de protecções e a implementação de automatismos de uma forma distribuída.
Figura 2.9 - Arquitectura de comunicação [14]
Capítulo 3
MALA DE ENSAIOS
3.1. Características
A mala de ensaios utilizada para a realização deste projecto foi a Omicron CMC 356. Este
equipamento é responsável pela injecção de correntes e tensões sinusoidais que se injectam
conforme esquema de funcionamento da rede [3], a jusante dos bornes seccionáveis que
compõem o circuito de medidas analógicas do respectivo painel. Estas correntes e tensões
pretendem simular os vários defeitos da rede que originam a actuação das funções de
protecção.
Além da injecção dos sinais analógicos, a mala de ensaios possui um módulo de entradas e
outro de saídas binárias através dos quais é feita a aquisição e envio de sinalizações e
comandos entre os Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED) e os restantes equipamentos
pertencentes ao Sistema de Protecção Comando e Controlo da Subestação [4].
Figura 3.1 - Comunicação entre Omicron CMC356 e o Computador é efectuado por Ethernet [2]
24 Mala de ensaios
3.1.1. Saídas de tensão
A Omicron CMC 356 dispõe de dois módulos de saídas analógicas de tensões. O primeiro
permite a injecção de três (3) fases mais o neutro e é utilizado quando se pretende simular a
tensão em cada uma das fases do barramento MT da Subestação. O segundo módulo apenas
disponibiliza uma saída de tensão com o respectivo neutro que neste caso foi configurado de
forma a simular a tensão homopolar resultante do desequilíbrio de tensões do próprio
barramento. A tensão máxima obtida é de 300V.
Figura 3.2 - CMC 356: Módulos de saída de tensão 4 x 300V [2]
3.1.2. Saídas de corrente
A Omicron CMC 356 dispõe de dois módulos de saídas analógicas de correntes, sendo que
neste caso são disponibilizadas três fases por para módulo. Através dos ajustes de
configuração de hardware podemos seleccionar quais dos módulos pretendemos que estejam
activos. Com efeito, nos modelos de testes criados, o segundo módulo será utilizado sempre
que exista necessidade de simular correntes no toro. O primeiro será utilizado para simular as
correntes das três fases do barramento.
Figura 3.3 - CMC 356: Módulos de saída de corrente 6 x 32A / 3 x 64A / 1 x 128A [2]
3.1.3. Entradas binárias
A mala de ensaios disponibiliza um módulo com dez (10) entradas binárias que poderão
ser configuradas individualmente por software conforme as necessidades do sistema. A
configuração das entradas binárias poderá ser efectuada através do módulo de configuração
de hardware e permite especificar o tipo de contacto a utilizar, se simples ou polarizado.
Características 25
Este módulo de entradas binárias é que vai permitir a aquisição de sinais do sistema. Sinais
estes que irão ser submetidos a critérios de validação por parte do software e transmitir ao
operador a operacionalidade do sistema em teste. Como será tratado mais adiante, a
configuração das entradas binárias é específica para cada painel, pois as sinalizações
envolvidas são distintas conforme a função que este desempenha na subestação.
Figura 3.4 – CMC 356: Módulos de entradas binárias [2]
Figura 3.5 - Vista frontal da CMC 356 com a individualização das entradas e saídas [5]
3.1.4. Configuração de hardware
Com esta funcionalidade, definem-se os componentes de hardware que serão utilizados
[5], tanto a nível de saídas analógicas como ao nível das entradas e saídas binárias. Assim, de
acordo com o tipo de painel a ensaiar e consoante o número de informações disponibilizadas
no seu funcionamento, cada teste é parametrizado especificamente para a sua actividade e
de acordo com as especificações existentes. Recordo que as condições de verificação e
aprovação dos vários testes são baseados nas variáveis definidas previamente nestas
configurações de hardware.
26 Mala de ensaios
Figura 3.6 - Exemplo da configuração de entradas binárias utilizadas no painel de Linha MT
3.2. Software – “Test Universe”
O software “Test Universe” possibilita a interface entre o operador e a mala de ensaios. É
através deste software que se parametrizam as configurações de hardware atrás referidas e a
partir dos quais se desenvolve a criação do modelo de ensaio objecto de estudo neste
relatório.
Este software é constituído por um conjunto de módulos de teste orientados à função que
se pretende ensaiar. A adequada configuração de hardware, em conjugação com uma
criteriosa selecção dos módulos de teste disponibilizados pelo software, permitiu elaborar um
modelo de ensaio específico para cada painel, capaz de garantir a correcta operacionalidade
das diversas funções que compõem o SPCC.
3.2.1. QuickCMC
Este módulo de teste é o mais simples e mais intuitivo que é disponibilizado pelo
software. Atendendo à sua flexibilidade ele permite executar vários tipos de ensaio desde
especificações de tempos de actuação, funções de rampa e até injecção de correntes e
tensões com as variáveis passo a passo. Mas como todo este processo é manual e atendendo
às suas limitações de configuração, este teste terá que ser sistematicamente adaptado a cada
Software – “Test Universe” 27
função a ensaiar. Este é o teste utilizado até ao momento no ensaio de Subestações AT/MT da
EDP.
Figura 3.7 – “QuickCMC”: layout de teste e diagrama vectorial
3.2.2. Overcurrent
O módulo de teste Overcurrent disponibiliza a curva característica de actuação da função
de protecção em função do tempo de disparo, parametrizado para defeitos fase-fase, fase-
terra, sequência zero e sequência negativa. É disponibilizado o disparo em vários pontos do
diagrama de actuação e o tempo de disparo destes é avaliado conforme a tolerância pré
definida para a função que está ser testada. Estes dados são agregados numa tabela de pontos
de teste.
3.2.2.1. Critérios de avaliação
De uma forma automática este módulo inclui pontos de disparo no diagrama de acordo
com os valores relativos da corrente nominal de cada patamar.
O módulo de teste compara o tempo de disparo em cada ponto do diagrama e compara-o
com o tempo nominal pré definido afectado pela devida tolerância de actuação. Conforme o
valor de actuação esteja dentro dos critérios estabelecidos é gerada uma avaliação
automática de validação da característica previamente estabelecida.
28 Mala de ensaios
3.2.2.2. Aplicações
Este módulo de ensaio foi utilizado na definição da característica de actuação para os
defeitos de Máximo de Intensidade de Fase, Máximo de Intensidade Homopolar e Máximo de
Intensidade Homopolar Direccional nos painéis com estas funções activas.
Figura 3.8 - Módulo “Overcurrent” utilizado no painel de Linha MT definido com 3 patamares de actuação e vários pontos de disparo
3.2.3. Verificador de estados
O módulo de teste Verificador de Estados, permite criar uma base de sinalizações e
comandos, numa grelha que definirão os vários pontos de verificação a testar. Cada ponto da
grelha, ou seja, cada função, poderá ser testada recorrendo a um disparo temporizado, a um
disparo permanente ou apenas com base numa instrução. Este módulo permite criar janelas
com avisos em forma de pop-up imediatamente antes de se executar qualquer teste.
3.2.3.1. Critérios de avaliação
O Verificador de estados é o único módulo que submete o operador a verificar de uma
forma não automática a correcta operacionalidade das funções que lhe estão pré-definidas.
Assim por cada teste efectuado o operador terá que validar manualmente se a função
especificada em cada uma das linhas da grelha cumpre os requisitos que lhe estão
adjacentes.
3.2.3.2. Aplicações
Este módulo foi utilizado em todos os painéis testados, pois permite armazenar em base
de dados, as informações relativas a entradas e saídas binárias específicas de cada painel.
Software – “Test Universe” 29
Atendendo a que se verificou por parte da EDP a uma uniformização das características e
ensaios aplicáveis aos SPCC das Subestações da EDP, a utilização deste módulo de testes
permite englobar de uma forma pré-definida a verificação em qualquer subestação tipo das
entradas e saídas binárias dependentes do processo do sistema.
A verificação dos LED`s da unidade de protecção também estão especificados neste
formato e a sua operacionalidade é verificada recorrendo a esta característica.
Por último o teste baseado no verificador de avisos é capaz de recolher por intermédio do
operador, as leituras das medidas analógicas nos diversos pontos de medida, submetendo-as a
uma avaliação de conformidade definida pelo operador.
Figura 3.9 - Módulo de verificador de avisos utilizado no painel de linha MT, associado às entradas binárias com o teste de painel em ensaio seleccionado e à espera de aprovação
3.2.4. Ramping
O módulo de teste Ramping como o nome indica gera rampas de amplitude, fase ou
frequência para as saídas de corrente e tensão. Atendendo aos valores de actuação definidos
pelos settings da protecção, definem-se, o valor inicial e final para a rampa, considerando o
tempo de permanência da variável por cada passo incrementado. Este aspecto é relevante na
medida em que, caso o tempo de actuação da função seja inferior ao tempo de permanência
dum determinado estado da rampa, o valor obtido para avaliação não será o pretendido.
Uma outra característica deste módulo é a possibilidade de permitir ao operador controlar
as variáveis de saída em qualquer momento do teste.
3.2.4.1. Critérios de avaliação
A avaliação deste módulo é verificada através da criação de dependências na alteração do
valor lógico das variáveis de estado com os valores nominais associados a esses valores.
30 Mala de ensaios
Figura 3.10 - Exemplo de teste de rampa utilizado, com zona de actuação pré definida para 1A, com o critério de avaliação a ser satisfeito. Variável de estado de arranque MIF transitou para o valor lógico de 1 precisamente nesse instante
3.2.4.2. Aplicações
Esta funcionalidade de teste é adequada para a verificação de zonas de operação e
desoperação das funções. Com efeito, para cada uma das funções de protecção associadas a
cada painel foi criado um teste que avaliasse a sua zona de operação e desoperação. Esta
verificação não se cingiu a parâmetros de execução trifásicos e foi elaborada também de
forma a certificar especificamente a actuação de cada fase.
3.2.5. State Sequencer
O State Sequencer é um módulo de testes que se caracteriza pela correlação entre vários
estados podendo dar origem a uma sequência de teste. A parametrização de cada estado
poder ser ajustada de uma forma independente em termos de amplitude, fase ou frequência.
A transição entre eles depende de uma temporização pré-definida ou da condição de estado
de uma qualquer variável que esteja configurada no hardware de entradas binárias externas.
Esta dependência de vários factores confere uma grande flexibilidade aos ensaios e
permite uma adaptação dos mesmos às especificidades que o comissionamento ao Sistema de
Protecção Comando e Controlo Numérico requer.
3.2.5.1. Critérios de avaliação
Também no que respeita a este capítulo, o State Sequencer apresenta características
ímpares. Neste aspecto o módulo de testes admite dois tipos distintos de avaliação, uma
referente à verificação do tempo e outro dedicado à avaliação do nível. Refira-se que ambas
Software – “Test Universe” 31
são independentes mas poderão ser correlacionadas. De facto na avaliação do nível, é criada
uma tabela onde se especifica para cada estado a condição lógica das entradas binárias do
sistema a cumprir sob determinado período específico de tempo.
Figura 3.11 - State Sequencer: critério de avaliação baseado na avaliação do nível. Neste caso não se verifica um total cumprimento das condições de validação. Existem duas variáveis que não satisfazem a condição de estado aquando do “Defeito MIF-I>”
A possibilidade de avaliar o estado das dez (10) entradas binárias configuradas no sistema,
em qualquer dos estados de teste, confere ao State Sequencer a capacidade de controlo e
supervisão não apenas das variáveis em teste mas também de todas as outras que se
encontram disponíveis e sujeitas a variações indesejáveis.
A eliminação deste vazio de informação relativa às variações não previstas de outras
variáveis de estado que até agora não podiam ser controladas permitirão registar de forma
automática as condições iniciais antes de se proceder ao teste, e as condições finais do
sistema no final do mesmo.
3.2.5.2. Aplicações
Dada a flexibilidade de criação dos vários estados e atendendo aos critérios de avaliação
disponíveis, estamos perante uma função capaz de certificar o cumprimento dos tempos de
operação de qualquer tipo de defeito da rede. Por conseguinte este módulo de teste foi
utilizado no desenvolvimento do modelo de ensaio para todos os painéis de forma a avaliar a
correcta aferição do tempo de operação da protecção em análise.
Atendendo a que cada estado é definido pelas condições das saídas analógicas de tensão
e/ou corrente e pelas saídas binárias, podemos proceder a uma alteração brusca e
praticamente instantânea entre dois estados. Esta característica proporciona excelentes
condições para a simulação da função de automatismo de religação do disjuntor.
32 Mala de ensaios
A transição repentina entre vários estados de funcionamento sempre com todas as
variáveis de estado sob avaliação em termos de estado e tempo, permitem monitorizar todo o
processo do ciclo de religação quer rápida quer lenta e simultaneamente avaliar de forma
automática todas as condições de verificação.
Figura 3.12 – “State Sequencer”: exemplo de utilização de uma sequência de quatro estados, responsáveis pelo ensaio de uma função de religação. Neste modo de visualização apenas são perceptíveis as definições de saídas de cada estado bem como o tempo de permanência respectivo
Estas particularidades permitem justificar de forma clara a utilização especifica de cada
um dos módulos de teste do software Test Universe na elaboração do modelo de ensaios
capaz de certificar e validar o funcionamento do Sistema de Comando e Controlo das
Subestações da EDP Distribuição.
Capítulo 4
MODELO DE ENSAIO
Neste capítulo vou abordar a constituição do modelo de ensaio desenvolvido com mais
detalhe incidindo com maior objectividade na constituição de cada teste. Atendendo a que o
ficheiro elaborado é constituído por quatrocentos e trinta e cinco (435!) módulos de teste no
painel de Linha MT, por cento e três (103!) no painel de Bateria de Condensadores, oitenta e
um (81!) no painel de TSA+RN e quarenta e quatro (44!) no painel de chegada, não me será
possível descrever individualmente todos os módulos! Com efeito irei analisar com detalhe o
modelo desenvolvido para o painel de Linha MT, pois trata-se do modelo mais completo e
aquele que contempla todos os módulos utilizados nos painéis que foram desenvolvidos. As
diferenças residirão na definição das condições de verificação. Por esse motivo será analisado
um módulo tipo respeitante ao painel de Linha MT.
Figura 4.1 - Estrutura do modelo de teste utilizado na LINHA MT
34 Modelo de ensaio
4.1. Estrutura
O modelo de ensaio desenvolvido com vista a automatizar, testar e validar os ensaios de
comissionamento das Subestações AT/MT de Distribuição da EDP Distribuição, é composto por
um ficheiro por painel tipo a ser ensaiado. Cada ficheiro de teste tem a seguinte estrutura:
• Configuração do equipamento em teste
• Configuração de hardware
• Verificações preliminares
• Entradas digitais
• Saídas digitais
• Medidas analógicas
• Funções de protecção
• Função de automatismo de religação (Apenas aplicável aos Painéis de LINHA)
Na configuração do equipamento em teste são introduzidas informações relativas à
subestação que está a ser alvo de ensaios, e também se definem os patamares das funções de
protecção de Fase-Fase e Fase-Neutro que estão activos. Os respectivos settings com valores
e tempos de actuação dos referidos patamares também são aqui especificados. Estas
informações serão utilizadas pelo módulo de teste OVERCURRENT de forma a parametrizar o
respectivo diagrama de actuação com base nos quais irá avaliar os valores de actuação do
ensaio.
Na configuração de hardware são definidas as variáveis de estado que irão ser utilizadas
pelos módulos de teste. Esta configuração está restrita ao número de dez (10) e sujeita às
restrições impostas pela disponibilização das sinalizações por parte do esquema eléctrico de
cada painel.
Nas verificações preliminares são registadas informações relativas às unidades de
protecção de cada painel. Informações respeitantes a números de série, versões de firmware,
versões de comunicação, números de IP`s, entre outras.
Nas entradas digitais inicia-se a utilização dos módulos de teste descritos no capítulo
anterior. Com efeito, este ensaio utiliza o “Verificador de Eventos” para armazenar as
informações de cada uma das entradas binárias da unidade de protecção especificadas na
Nota Técnica da EDP [6] específica do painel em estudo. Além das entradas binárias os
respectivos LED`s também são alvo de verificação e avaliação de operacionalidade.
Tal como referido anteriormente, nas saídas binárias o processo de verificação é feito
recorrendo ao “Verificador de Eventos”. Todas as saídas externas da unidade de protecção
definidas na Nota Técnica [6] da EDP estão parametrizadas no módulo de teste de forma a
Estrutura 35
serem verificadas pelo operador. A elaboração dos módulos relativos às entradas e saídas
binárias bem como às medidas analógicas, respeita as especificações normativas assentes no
documento da EDP Distribuição, “Sistemas de Protecção, Comando e Controlo Numérico
(SPCC), Dispositivos Electrónicos Inteligentes. – Entradas e saídas externas” [8].
As medidas analógicas constituem um teste à correcta electrificação dos circuitos
analógicos do painel, bem como à correcta parametrização da unidade de protecção no que
respeita às relações de transformação em vigor. Neste ponto o operador terá que registar no
próprio teste os valores lidos nas respectivas unidades de medidas. Os valores a injectar já
estão previamente definidos e correspondem aos valores nominais de cada medida.
O ponto seguinte inclui as funções de protecção aplicáveis ao respectivo painel e
condições de validação impostas pelo documento normativo da EDP Distribuição, “Sistemas de
Protecção, Comando e Controlo Numérico (SPCC). Funções de protecção; Especificação
funcional” [7]. Estas estão agrupadas por grupo de settings, segundo:
Tabela 4.1 – Definição do grupo de settings
Regime de Neutro Tipo de Religação
Grupo A Impedante Rápida
Grupo B Impedante Rápida-Lenta-Lenta
Grupo C Isolado Rápida
Grupo D Isolado Rápida-Lenta-Lenta
Por último temos a função de automatismo de religação que apenas é aplicável ao painel
de Linha MT e inclui as condições de verificação impostas pelo documento normativo da EDP
Distribuição, “Função de automatismo: Religação rápida e/ou lenta – Especificação funcional
para Instalações AT e MT. Subestações de Distribuição” [9].
36 Modelo de ensaio
4.2. Painel de Linha MT
O modelo de teste para o painel de Linha MT segue a estrutura base descrita no ponto
anterior. Com efeito vou caracterizar mais detalhadamente os testes específicos deste tipo de
painel.
4.2.1. Configuração do equipamento em teste
Para a configuração do equipamento em teste foi definido o escalonamento conforme as
figuras 4.2 e 4.3:
Figura 4.2 - Parametrização utilizada para defeitos de MIF com três patamares de actuação
Figura 4.3 - Parametrização utilizada para defeitos de MIH com três patamares de actuação
Painel de Linha MT 37
4.2.2. Configuração de hardware
A configuração de hardware requer uma análise cuidada dos requisitos do sistema de
protecção com vista a seleccionar as variáveis indispensáveis para o seu bom funcionamento.
Com efeito, o painel de linha MT obedece à seguinte configuração,
Figura 4.4 - Configuração de hardware utilizada no modelo de testes do painel de Linha MT
Atendendo aos sinais de entradas e saídas externas disponíveis, entendi que estes seriam
os mais adequados para posteriormente se parametrizar os testes de validação.
Relativamente à configuração das saídas analógicas ficaram activas as duas saídas
analógicas associadas às tensões e correntes de saída da mala de ensaios.
38 Modelo de ensaio
4.2.3. Entradas digitais
As entradas digitais associadas ao painel de Linha MT estão especificadas na nota técnica
[6] e nos documentos normativos [8] em vigor. O módulo de teste foi concebido com as
seguintes entradas,
Figura 4.5 - Entradas digitais e respectivos LED`s configuradas no painel de Linha MT
Este teste está concebido de forma a que o operador actue cada uma das sinalizações
descritas na coluna do lado esquerdo, que correspondem às entradas binárias especificas do
painel de linha, e verifique a sua correcta actuação e descrição tanto na unidade de
protecção como no Posto de Comando Local. O teste disponibiliza um cursor que permite ao
operador navegar por entre os sinais da grelha para que este proceda à aprovação ou
reprovação individual do teste. Como se pode verificar também os LED`s associados à
respectiva função deverão ser alvo de validação. No interior de cada círculo aparecerá a
avaliação respectiva, ou aprovada ou não aprovada.
Painel de Linha MT 39
4.2.4. Saídas Digitais
De uma forma análoga à verificada no ponto anterior, o teste de validação das saídas
binárias é efectuado com base no Verificador de Eventos.
Figura 4.6 - Saídas digitais e respectivos LED`s configuradas no painel de Linha MT
Nesta situação o operador accionará o sinal apresentado na coluna do lado esquerdo e
com o navegador de teste navega por cada uma das células da grelha de forma a verificar a
correcta actuação da função, deixando uma avaliação positiva ou negativa. Em caso de
verificação de não conformidade, o operador poderá introduzir as informações que achar
relevantes num separador no navegador de teste específico para cada célula da grelha.
4.2.5. Medidas analógicas
Este ponto do modelo de teste procura certificar que a electrificação do circuito de
medidas analógicas está correctamente estabelecida. Assim,
Figura 4.7 - Medidas analógicas do Painel de Linha MT
todas as medidas associadas à descrição da coluna do lado esquerdo, têm pré-definidos
valores de injecção de correntes e tensões. O operador vai percorrer cada uma das células da
grelha com o auxílio do navegador de teste e vai fazer correr cada teste em cada célula.
Simultaneamente procede ao registo dos valores lidos nas unidades referidas, num separador
disponibilizado no teste para o efeito. Estes valores devem estar de acordo com o
especificado em cada célula.
Antes de passar para as funções de protecção queria referir que os módulos de teste
descritos anteriormente geram e transmitem automaticamente a nível individual para um
relatório geral as condições iniciais de ensaio, as condições de execução do ensaio e uma
40 Modelo de ensaio
tabela com o registo de todos os resultados. Em anexo será disponibilizado um relatório
específico para o painel de Linha em análise.
4.2.6. Funções de protecção
Nesta secção serão abordados em pormenor os testes que serão responsáveis por garantir
a operacionalidade das funções de protecção associadas a um qualquer painel de Linha MT de
uma qualquer Subestação AT/MT da EDP Distribuição.
Tabela 4.2 – Quadro resumo da aplicação de cada função de protecção nas diversas condições de exploração
Designação da função Actuação
Base de Dados Projecto-tipo Disj. REA REB Falha
Disj Relig.
MAX I> Max. Int. Fase 1º nível X X X X
MAX I>> Max. Int. Fase 2º nível X X X X X
MAX I>>> Max. Int. Fase 3º nível X X X X
MAX Io> Max. Int. Homop. Direc. 1º nível X X X
MAX Io>> Max. Int. Homop. Direc. 2º nível X X X X
MAX Io>D Max. Int. Homop. Direc. 3º nível X X X X
PROT TERRAS RESIST Max. Int. Homop. Terras Resist. X X X
PROT ARRANQUE A FRIO Coald Load Pickup/ Inrush restraint
CONDUTOR DA LINHA Condutor partido
4.2.6.1. Máximo de Intensidade de Fase (MIF)
Como referido no ponto 3.1, os testes às funções de protecção estão agrupados conforme
o grupo de settings respectivo. Assim para o inicio do ensaio da função de máxima intensidade
de fase, foi criado um ponto de interrupção que solicita ao operador a alteração do grupo de
settings em vigor na subestação para o grupo A. A passagem para o teste seguinte só é
efectuada depois de confirmada tal instrução.
O primeiro teste a ser efectuado é o da característica de actuação. Este será executado
para cada combinação possível de defeito fase-fase e para um defeito trifásico. Como já foi
referido no ponto 3.2.1 a característica definida por setting para a função de MIF é de tempo
definido, sendo estes parâmetros definidos aquando da configuração do equipamento em
teste.
Os pontos de disparo a ensaiar também já estão pré-determinados sendo 90% e 110% da
corrente nominal de cada patamar especificado [1]. Os critérios de avaliação são
automaticamente definidos com base nos tempos de actuação pré-definidos, inseridos na
configuração do equipamento. Assim o critério de avaliação será o seguinte,
Painel de Linha MT 41
Figura 4.8 - Critério de avaliação para o teste de “Overcurrent”
ou seja, no primeiro ponto não deverá existir disparo pois o ponto não está dentro da
zona de disparo do primeiro patamar I>, no segundo o tempo de actuação será de 1s
correspondente ao patamar de I>, no terceiro será 100ms pois refere-se já ao patamar de
corrente I>>. Os três últimos pontos terão tempos de actuação nominais de 1s, 100ms e 50ms,
respectivamente para os patamares I>, I>>, e I>>>.
O grupo de testes seguinte procura determinar a corrente mínima de operação que
despoleta o arranque da função de protecção. Este valor de actuação será determinado para
cada combinação possível de defeito fase-fase e para um defeito trifásico. O módulo de teste
a utilizar é o Ramping e a sua implementação contempla a criação de uma rampa com início
num valor de corrente não susceptível de provocar o arranque da função. Define-se portanto
um intervalo de injecção através do qual a corrente será incrementada com pulsos
significativamente curtos capazes de garantir a verificação do arranque da função em estudo.
Posto isto, é necessário definir um critério automático de avaliação dessa actuação. No
exemplo ilustrado, definiu-se que a condição de mudança de estado da entrada binária
correspondente à sinalização de “Arranque I> L1-L2” teria que comutar o seu valor lógico de
zero (0) para um (1), com um valor nominal de actuação pré-definido e sujeito a uma
tolerância não superior a cinquenta (50) miliamperes. Note-se a partir da figura 4.9, na
particularidade do operador poder controlar em tempo real o estado de todas as variáveis do
sistema configuradas para este painel.
42 Modelo de ensaio
Figura 4.9 - Critério de avaliação para a determinação da mínima corrente de operação para um defeito fase-fase
Para o ensaio de patamares de corrente de níveis superiores (I>> e I>>>), aos da função
actual é necessário proceder à desactivação da função de patamar mais baixo pois este irá
provocar a actuação da função de arranque da protecção num patamar que não é o desejado.
Tal instrução é automaticamente gerada pelo modelo de teste.
O teste seguinte pretende verificar a mínima corrente de desoperação da função. Assim,
foi criada uma rampa simétrica àquela que deu origem à corrente de operação. O critério de
validação também será distinto na medida em que a condição de mudança de estado da
entrada binária correspondente à sinalização de “Arranque I> L1-L2” passaria a ser a
comutação do seu valor lógico de um (1) para zero (0).
Figura 4.10 - Número de estados definidos no “State Sequencer” para determinação do tempo de actuação da função de MIF
A figura 4.10, apresenta os estados definidos no módulo de teste “State Sequencer”
configurados para a determinação do tempo de operação da função de Máximo de Intensidade
Painel de Linha MT 43
de Fase. Podemos verificar a existência de três estados distintos, cada um dos quais com a
sua definição de valores de saída. O primeiro, denominado estado de carga visa simular uma
situação de funcionamento normal em que esteja a ser alimentada uma pequena carga. O
tempo de permanência neste estado está definido em dois (2) segundos. Terminado este
tempo o teste transita para o estado seguinte que corresponde a uma situação de defeito MIF
com o valor de corrente acima do valor pré-definido de arranque. Neste instante a protecção
deve dar início ao arranque da função de protecção temporizando a ordem de saída de
disparo ao disjuntor1 [10]. Mas neste caso quanto tempo é que o teste se deve manter neste
estado? De facto o módulo de teste “State Sequencer” permite ajustar o tempo de
permanência num estado durante uma temporização pré-definida ou então até que se
verifique a alteração de qualquer variável de entrada do sistema.
Figura 4.11 - Definição de permanência num estado de forma temporizada juntamente com a utilização da condição de uma entrada binária
Como se pode analisar neste caso especifico foram definidas duas condições de
permanência no segundo estado, uma sujeita ao estado activo um (1) da sinalização de
Disparo do disjuntor e outra sujeita à temporização de dois (2) segundos. A selecção da
condição “e/ou” define se o critério exige a verificação das duas condições – “e”, ou apenas
aquela que se verificar primeiro – “ou”. Notar também que a temporização definida para este
estado deve ser sempre superior ao tempo nominal de actuação da função de protecção sob
pena de não se verificar a actuação da mesma.
1 Condição de funcionamento da função de protecção da unidade de protecção Siemens-7SJ54
44 Modelo de ensaio
A transição para o estado seguinte é o próximo passo da sequência de teste, e neste caso
corresponde a um estado final de repouso. Neste estado não estão definidos valores de
corrente pois é presumido que o disjuntor foi aberto.
Relativamente aos critérios de avaliação para o teste em questão, o módulo “State
Sequencer” permite-nos parametrizar critérios distintos, tanto em termos de avaliação de
tempos como em termos de avaliação de níveis.
Figura 4.12 - Critério de avaliação para a determinação do tempo de operação para a função MIF. Exemplo de teste não aprovado
O objectivo base deste teste é determinar o tempo de operação da função. Para
determinar esse tempo e proceder de uma forma automática à sua avaliação define-se no
critério de avaliação por tempo, o estado da sequência de teste a partir do qual se pretende
iniciar a temporização. No exemplo em questão e dado o objectivo proposto pelo teste,
iniciou-se a contagem do tempo no segundo estado, ou seja, o estado caracterizado pela
simulação do defeito. O critério de paragem do tempo deverá temporizar a contagem até se
verificar a abertura do disjuntor [7], ou seja, até que o valor lógico da variável associada ao
disparo do disjuntor comute o valor de zero (0) para um (1). A avaliação automática é
definida pela comparação do tempo calculado com o tempo nominal previamente
especificado para a actuação desta função de protecção. No exemplo ilustrado na figura 4.12,
o critério de avaliação não foi satisfeito pois o tempo calculado para a actuação do disjuntor
foi de 3,010s quando o tempo nominal previsto era de 1s sujeito a uma tolerância de 10%.
Verificou-se um desvio de 2,010s.
Além da possibilidade de se proceder à avaliação do tempo, o critério associado à
avaliação por nível permite monitorizar e controlar o estado de todas as variáveis
configuradas. Podem assim definir-se critérios de avaliação de estados funcionais para
qualquer momento da sequência de testes que se esteja a executar. Esta ferramenta é
particularmente útil para definir a avaliação automática de todas as variáveis que até não
Painel de Linha MT 45
estão dependentes do teste em questão, mas por um erro do sistema possam vir a sofrer
alguma alteração. Assim na avaliação do teste ilustrado parametrizou-se que no estado de
“Defeito MIF I>“, as sinalizações referentes ao arranque e disparo da função de protecção em
causa têm que tomar o valor lógico de um (1). Por outro lado, também se deve verificar a
permanência dos valores lógicos associados aos disparos de Máxima Intensidade Homopolar e
PTR no valor nulo zero (0).
As restantes sinalizações garantem que o Regime Especial de Exploração não está activo,
que não existiu nenhuma ordem de fecho ao disjuntor, quer manual quer interna, que o
disjuntor efectivamente comutou de estado e que não existiram ordens de disparo ao
disjuntores do painel de Chegada MT nem ao de Barras MT.
Conforme requisito do documento normativo [7] e [12], os tempos de actuação das
funções de protecção sofrem alterações conforme o regime de exploração que se verifique na
subestação. Com efeito, caso se verifique o regime de exploração A ou B, as unidades de
protecção devem alterar os tempos de actuação dos três patamares da função MIF para que
actuem de uma forma instantânea.
O ensaio a esta funcionalidade está previsto no modelo de ensaio desenvolvido. Para criar
as condições de execução exigidas o ciclo automático de teste será interrompido devido à
criação de um ponto de interrupção onde é dada a instrução ao operador para proceder à
alteração do regime de exploração da subestação para o grupo A e posteriormente para o B.
Para garantir a referida alteração, a passagem para o próximo teste só é efectuada após
confirmação por parte do operador. O ensaio propriamente dito, será então iniciado e terá
uma estrutura em todo semelhante ao analisado na determinação do tempo de operação para
a função MIF. As únicas alterações a observar, têm a ver com os critérios de avaliação. Isto
porque o tempo de actuação especificado deixará de ser o definido para a função de
protecção e passará a ser de zero (0) segundos. Na avaliação do nível foi alterado o requisito
de estado da função de “REE On” de zero (0) para um (1) em todos os estados do teste.
Uma função de teste criada neste modelo capaz de assegurar o ensaio da protecção para
a função “Arranque a Frio” [7] também foi assegurada. Neste caso, o teste é composto por
cinco (5) estados, sendo que o primeiro simula uma condição de painel desligado. Volvidos
dois (2) segundos dá-se a transição para o estado dois (2) que define um aumento instantâneo
da corrente, simulando a ligação da carga ao painel. Este valor de corrente representa duas
vezes a corrente de arranque do primeiro patamar da função. Nos critérios de avaliação foi
definida a permanência do estado do disjuntor como fechado e a estabilidade das funções de
arranque e disparo. Nos estados seguintes teremos uma repetição do defeito mas neste caso
precedido por um estado onde é considerada uma situação de carga.
46 Modelo de ensaio
Figura 4.13 - Disposição dos estados referentes ao teste de "Arranque a frio"
É condição de aprovação, que neste caso se verifique a actuação das saídas de arranque e
disparo da protecção com a consequente abertura do disjuntor.
Figura 4.14 - Critérios de avaliação para o teste de "Arranque a Frio"
Outro requisito de funcionamento para o sistema Protecção, Comando e Controlo (SPCC)
das Subestações de Distribuição é a abertura dos disjuntores da respectiva Chegada MT e
Barras MT em caso de detecção de falha na actuação do circuito de comando de abertura do
disjuntor [7]. Este processo deverá ocorrer duzentos milissegundos após a temporização da
respectiva função de protecção [11]. Para ensaiar esta funcionalidade, foi criado um ponto de
interrupção na sequência de testes automática, de forma a dar a instrução ao operador para
interromper o circuito de disparo do disjuntor. Este procedimento vai impedir que a ordem de
disparo da unidade de protecção chegue à bobine de disparo do disjuntor impedindo este de
abrir.
Assim é dado início ao ensaio utilizando uma sequência de testes semelhante ao da
determinação do tempo de operação da função. No entanto a condição de paragem no
segundo estado, é substituída pelo disparo dos disjuntores da Chegada MT mais “e” Barras
MT. No critério de avaliação do teste é definida a condição de tempo respeitante à abertura
dos disjuntores da Chegada MT e Barras MT, num valor correspondente ao tempo de operação
da função que deu origem ao disparo, acrescida de duzentos milissegundos. Na avaliação do
nível deve ser garantido que a posição do disjuntor se mantém fechada.
Painel de Linha MT 47
Atendendo a que a ordem de abertura relativa à falha na actuação do disjuntor é
efectuada por comunicação [10] e [12] foi desenvolvido um teste para avaliar o requisito que
inibe o envio de qualquer informação para a rede a partir da unidade, no caso do painel estar
em ensaio. Para o efeito foi criado novo ponto de interrupção a solicitar a colocação do
painel em ensaio e uma sequência de estados similar à definida anteriormente. Nas condições
de validação foi alterado o requisito de abertura dos disjuntores de Chegada MT e Barras MT
para o estado lógico de zero (0).
Outro requisito [11], é o da não emissão da ordem de abertura à Chegada MT e Barras MT,
no caso da abertura do disjuntor com a permanência do defeito. Associado a este, existem
outros que estipulam a alteração do estado funcional do disjuntor. Para o efeito foram
criados quatro testes, em que para o estado inicial de:
• Disjuntor fechado e introduzido
• Disjuntor fechado e extraído
• Disjuntor indefinido
• Bloco indefinido
Para cada um destes ensaios foram gerados três 3 estados de teste. De forma a simular os
requisitos especificados, no estado de defeito não foi definido critério de paragem com a
actuação da saída de disparo do disjuntor. Esta situação garante que apesar do disjuntor
passar ao estado de aberto o defeito mantém-se. Para que o ensaio se torne apto, é
necessário definir como critério de avaliação de nível, que em nenhuma das quatro situações
se verifique a abertura dos disjuntores de Chegada MT nem do Barras MT. Queria salientar
que para a colocação em prática de cada uma das situações iniciais descritas foi criado um
ponto de interrupção com essa instrução.
4.2.6.2. Máximo de Intensidade Homopolar (Direccional)
Para o ensaio relativo aos defeitos do tipo Máximo de Intensidade Homopolar, foi definida
uma estrutura de testes similar àquela que foi aplicada para a função de protecção referida
na secção anterior. Neste caso as alterações mais relevantes são aquelas que se referem aos
parâmetros específicos da função como valores e tempos de actuação. Nos critérios de
avaliação por nível serão substituídas as actuações dos disparos por MIF para disparos por MIH.
Relativamente ao ensaio de Máximo de Intensidade Homopolar Direccional, foram
desenvolvidos parâmetros de testes que abordassem a especificidade deste tipo de defeito.
Este tipo de defeito é bastante peculiar pois está sujeito não só à actuação de uma
componente de corrente no toro como também à presença de uma tensão de polarização
adquirida no sistema homopolar que lhe confere a possibilidade de definir uma direcção de
actuação da função de protecção [7]. Neste aspecto o modelo desenvolvido permite uma
48 Modelo de ensaio
grande capacidade de controlo das variáveis associadas e delimita com grande rigor a
direccionalidade na actuação desta função.
Com efeito, o teste desta função é iniciado por um ponto de interrupção que solicita ao
operador que desactive a função de PTR pois esta interferiria com os ensaios que se sucedem.
Depois de confirmada a instrução inicia-se o teste automático. O primeiro módulo baseia-se
na determinação da corrente mínima de operação e na tensão mínima de operação. Tal como
nas funções anteriores, é utilizado o módulo Ramping que permite um incremento contínuo
da saída analógica pretendida, corrente e depois tensão homopolar, desde valores iniciais não
susceptíveis de actuação das respectivas funções até valores finais garantidamente superiores
aos valores de arranque das funções. A função de Máximo de Intensidade Homopolar
Direccional tem a particularidade de poder definir em que condições de direccionalidade
deve actuar [7]. Para o efeito a Unidade de Protecção baseia-se no ângulo definido entre a
corrente de defeito e a tensão de polarização [10].
Figura 4.15 - Definição dos parâmetros da rampa de verificação de direccionalidade da função
Dadas as potencialidades do módulo de teste Ramping, foi desenvolvido especificamente
para a função direccional um ensaio que permitisse avaliar e registar todas as zonas de
actuação definidas para a função. Para tal o teste varre o esfasamento angular possível entre
a corrente do toro e a tensão homopolar, transmitindo em tempo real e sob um gráfico, os
dados das variáveis para cada instante testado. Tal informação permite definir todas as zonas
de actuação da função de Máximo de Intensidade Homopolar Direccional.
Painel de Linha MT 49
,2005800
,55,014,459
655,0
AIAI
xTMt
AIAI
xTMt
op
op
<≤→=
<≤→=
Figura 4.16 - Exemplo ilustrativo da actuação da função direccional em função do ângulo de desfasamento entre corrente e tensão
Neste exemplo ilustrado na figura 4.16, podemos observar que a protecção actua quando
se verifica um esfasamento da corrente do toro com a tensão entre 82º e 360º. Estes valores
de esfasamento são automaticamente convertidos para uma tabela e reportados através dum
relatório geral.
Os testes seguintes reflectem as alterações do estado funcional do disjuntor mediante a
permanência do defeito. Tal situação foi já analisada ao pormenor anteriormente.
4.2.6.3. Pesquisa de Terras Resistentes
A função de protecção de Pesquisa de Terras Resistentes consiste numa protecção de alta
sensibilidade, destinada a eliminar os defeitos fase-terra de grande resistência [7]. A sua
função de protecção baseia-se numa curva de funcionamento de tempo “muito inverso”
conforme a expressão 4.1 e 4.2,
(4.1)
(4.2)
Dada a função de característica desta função, foram definidos vários pontos de actuação
de forma a poder caracterizar a curva de actuação da função. Para tal foram definidos para
cada ponto em estudo funções de teste do estilo “tempo de operação” já descrito
previamente.
50 Modelo de ensaio
Figura 4.17 - Definição de alguns pontos de actuação solicitados pelo modelo de ensaio
Para cada um dos pontos definidos obtemos os tempos de actuação ensaiados. De forma a
certificar que os tempos obtidos em ensaio correspondem aos tempos definidos pela equações
(4.1 e 4.2), à que comparar os devidos valores de actuação com os da curva inversa. Tal
processo foi desenvolvido no modelo de testes. Assim de uma forma automática é “chamado”
um ficheiro “Excel” através da associação de uma função denominada Execute. Esta função
executa um ficheiro “Excel” que tem já pré-definida uma função de parametrização da curva
inversa associada à Pesquisa de Terras. De uma forma automática é aberta uma nova janela
no ambiente de trabalho do operador, onde lhe é solicitado o registo dos valores de actuação
determinados para os pontos definidos. Estes valores são exportados para um gráfico que
ilustra as duas curvas de actuação, uma previamente definida e outra considerando os tempos
de disparo inseridos pelo operador.
Figura 4.18 - Curva de PTR pré-definida e ilustração onde serão introduzidos os tempos de
operação obtidos nos pontos estabelecidos no modelo de teste
Painel de Linha MT 51
4.2.6.4. Condutor Partido
A função de “Condutor Partido” caracteriza-se pelo aparecimento de uma componente
inversa no sistema. Com efeito o módulo de teste Overcurrent permite caracterizar de uma
forma automática os pontos de disparo e define os critérios de avaliação pois estes são
definidos com base nos tempos de actuação pré-definidos, inseridos na configuração do
equipamento. Convém salientar que esta função não provoca o disparo do disjuntor. Com
efeito nos testes da característica e da corrente mínima de operação a condição de paragem
do defeito não poderá ser obtida através do disparo do disjuntor, sendo parametrizada pelo
arranque da função geral. Segundo o protocolo de ensaios [11], a função de condutor partido
não actua se em simultâneo actuar uma função de máxima intensidade.
Através do módulo State Sequencer foi criado um teste específico para o efeito. O estado
dois é responsável por provocar um defeito de condutor partido e um de máxima intensidade,
sem que actue a função associada ao primeiro.
4.2.6.5. Automatismo de religação
A função de automatismo de religação rápida/lenta tem características de execução que
tornam a sua automatização numa tarefa quase impossível! Mas tal adversidade pode ser
contornada se recorremos às potencialidades do módulo de ensaio State Sequencer. Porquê?
De facto, como já foi referido na abordagem individual aos módulos, a possibilidade de
criar estados de teste independentes proporcionando uma transição repentina entre vários
estados de funcionamento sempre com todas as variáveis de estado sob avaliação em termos
de estado e tempo. Estas características permitem monitorizar todo o processo do ciclo de
religação quer rápida quer lenta e simultaneamente avaliar de forma automática todas as
condições de verificação. Todos os testes desenvolvidos no modelo de ensaio irão garantir os
requisitos técnicos e normativos associados a [9] e [11].
Os ciclos de religação têm condições de arranque específicas para o tipo de defeito que o
despoleta. Assim,
Tabela 4.3 - Esquema de actuação da função de religação
Função Religação Rápida Religação Lenta
Arranque (Tarr)
Disparo (Top)
Arranque (Tarr)
Disparo (Top)
I>
I>> X X
Io>
Io>> X X
Io>D X X
PTR – 1º Ciclo X X
PTR – 2º e 3º Ciclo X
52 Modelo de ensaio
A análise a esta tabela permite definir que:
• As funções de I>, I>>> e Io> não desencadeiam religação.
• A religação rápida é iniciada pelo arranque das funções de protecção de I>>, Io>>
e Io>D e pelo disparo da PTR
• A religação lenta é iniciada pelo disparo das funções I>>, Io>>, Io>D. Caso de trate
do primeiro ciclo também pela PTR, caso contrário a PTR despoletará a religação
no arranque.
O modelo de testes criado para avaliar o correcto funcionamento de todo o
automatismo de religação é constituído por uma serie de testes iniciais dedicados à
confirmação destas premissas. Com efeito foi criada uma primeira sequência dedicada à
religação rápida.
Figura 4.19 - Sequência de testes para confirmação da actuação da religação rápida por função de protecção
Cada um dos testes ilustrados é constituído por quatro (4) estados independentes. Um
primeiro denominado de “carga” que simula o funcionamento do painel em regime normal.
Um segundo que representa o aparecimento do defeito conforme a ilustração. O terceiro
estado foi criado para temporizar o ciclo associado à manobra do disjuntor aquando da
religação. Por último foi estabelecido novo estado de carga.
O princípio de funcionamento do teste baseia-se no seguinte, o primeiro estado de carga
demora 6 segundos e volvido esse tempo o teste transita para o estado dois que irá provocar o
defeito. Nos casos em que a religação esteja bloqueada2 não se verifica a religação, nos
restantes, imediatamente após o defeito dá-se a abertura do disjuntor e consequente
transição para o terceiro estado. Aqui, é aguardada a ordem de religação para transitar para
o ultimo estado.
2 Religação bloqueada para I>,I>>> e Io>
Painel de Linha MT 53
A condição de permanência no primeiro estado é apenas temporal. A do segundo estado
está dependente da variável de estado de disparo do disjuntor, ou seja, do seu valor lógico.
Assim caso este tome o valor de um (1) é feita a transição para o terceiro estado. Este tem
como condição o valor da variável associada à ordem de religação, ou seja, caso esta surja é
feita a passagem para o ultimo estado que também tem uma condição de permanência
apenas temporal.
Os critérios de avaliação baseiam-me numa primeira análise a verificar se efectivamente
as funções I>, I>>> e Io> não desencadeiam religação. Tal é verificado se durante o terceiro
estado não existiu uma ordem de fecho ao disjuntor. Para a confirmação de religação por
parte das funções I>>, Io>>, Io>D e PTR verifica-se se nesse estado surgiu a ordem de
religação.
O segundo critério avalia se efectivamente as funções I>>, Io>> e Io>D despoletaram a
religação no arranque da função. Tal situação é verificada se a abertura do disjuntor se
procedeu antes do tempo de operação da função de protecção. Isto porque o arranque das
funções é sempre instantâneo [10]. Para o caso particular da função de PTR é necessário
confirmar que a abertura do disjuntor para religação se deu após o tempo de operação da
função.
O teste denominado “Defeito I>>-------RR c/ disparo definitivo antes Tbloq da RR”,
verifica se caso surja um novo defeito antes de se ter contabilizado o tempo de bloqueio para
a religação rápida, não se verifica nova religação e é gerado um disparo definitivo.
O teste seguinte visa garantir que caso surja um novo defeito após a temporização de
bloqueio da função de religação, dá-se o início a um novo ciclo de religação.
Os testes desenvolvidos para o ensaio da função de religação lenta foram desenvolvidos
com base em dez (10) estado distintos. Tal procedimento foi necessário visto que o grupo de
settings da subestação que permite o ensaio da religação lenta é dado pela parametrização
do ciclo, Religação: rápida-lenta-lenta.
Os critérios de avaliação foram definidos da seguinte forma,
Figura 4.20 - Critério de avaliação para o ciclo de religação RLL, para um defeito MIF
54 Modelo de ensaio
ou seja, no primeiro estado de defeito que desencadeia a religação rápida, não se deve
verificar o disparo da função, apenas o arranque, no segundo e terceiro estados de defeito já
se verifica o disparo da função pois a religação lenta a isso exige. Notar que durante os
estados de religação se deve verificar a variação da variável relativa à ordem de fecho de
zero (0) para 1 (um). Durante toda a sequência também se certifica que não existem disparos
dos disjuntores de Chegada MT e Barras MT.
No caso do disparo de PTR, no estado do primeiro e segundo defeitos deve verificar-se o
arranque e disparo da função, mas no terceiro estado de defeito a função de religação já
deverá ser desencadeada apenas pelo arranque da função, pois trata-se do segundo ciclo de
religação lenta.
Os testes seguintes pretendem verificar a correcta actuação da função de automatismo
com a interacção de outro tipo de defeito que não aquele que deu origem ao ciclo de
religação. Nesta situação temos a sequencia de testes seguinte,
Figura 4.21 - Sequência de testes para certificar interacção de funções durante o ciclo de religação
Assim após um primeiro ciclo de religação despoletado pelas funções I>>, Io> e Io>D, caso
se verifique no próximo ciclo um defeito de qualquer das mesmas funções deverá ser
desencadeada nova religação. Caso o ciclo seguinte seja provocado por um defeito de PTR, já
não haverá lugar a novo ciclo de religação [11].
Por outro lado os ciclos seguintes àqueles que foram desencadeados por uma função de
PTR, só serão bem sucedidos caso se verifique um defeito do mesmo tipo [11].
Com base nestas considerações foi definido por cada teste um critério de avaliação que
certifica o correcto funcionamento destas funções.
Por último foi criado um grupo de testes que permite garantir a interrupção do
automatismo de religação com a aparecimento das seguintes situações,
Painel de Linha MT 55
Figura 4.22 - Condições que implicam a interrupção da função de automatismo
Conforme ilustra a figura 4.22, o modelo desenvolvido contempla uma série de testes
automáticos que visam certificar o correcto funcionamento do sistema em análise conforme
todos os documentos técnicos e normativos [9] e [11] disponíveis.
Assim nas duas primeiras condições ilustradas foi criado um novo estado de teste
imediatamente antes do estado de religação do ciclo lento. O primeiro caracterizado pelo
aparecimento de uma tensão na linha e o segundo pelo aparecimento de um novo defeito.
Ambas as situações provocam a interrupção do ciclo de religação.
Relativamente aos testes contíguos, foram criados pontos de interrupção nos estados
seguintes ao que desencadeia a função de religação com a finalidade de definir a instrução de
bloqueio ao operador. Este deverá proceder à criação das condições exigidas de forma a que
depois o teste proceda à respectiva avaliação do ensaio.
Capítulo 5
CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS
5.1. Conclusões
A realização deste projecto permitiu desenvolver um modelo de ensaio para os Sistemas
de Protecção, Comando e Controlo das Subestações AT/MT da EDP Distribuição. Atendendo à
actual estrutura do mecanismo de funcionamento do sistema e dado que existe uma
uniformização das características e ensaios aplicáveis a todo o processo, o desenvolvimento
de um processo automatizado de ensaio proporciona maiores garantias de rigor e eficiência.
Com efeito, o modelo de ensaio desenvolvido assenta numa estrutura baseada na criação
de módulos de teste sujeitos a condições de execução, de funcionalidade e de validação
conforme os requisitos técnicos e normativos específicos para Subestações de Distribuição.
Associado a essas predefinições está a avaliação automática de cada teste, baseada em
critérios previamente definidos quer em termos de tempos como em termos de variáveis de
estado do sistema. Todas estas informações relativas ao processo de desenvolvimento e
avaliação de cada teste são confluídas num relatório geral, gerado automaticamente e
passível de ser consultado a qualquer momento.
Nesta perspectiva estamos perante um modelo de ensaio que permite ao operador passar
de um papel activo e dinâmico, para outro baseado num plano de controlo e supervisão do
processo.
Devido à natureza do seu desenvolvimento o actual projecto confere-lhe a possibilidade
de ser utilizado no ensaio de qualquer subestação de distribuição, sendo ela equipada com
Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED) baseados em arquitectura SIEMENS, ABB, EFACEC
entre outras.
Posto isto, estou em condições de assegurar que o desenvolvimento deste modelo de
ensaio automatizado constituído por testes pré-definidos para os ensaios a efectuar, capaz de
garantir, certificar e validar a operacionalidade do sistema conforme as normas especificas e
capaz de criar de forma automática um relatório de execução, representa o meu
58 Conclusões e trabalhos futuros
desenvolvimento para uma inovação nos ensaios de comissionamento das Subestações AT/MT
de Distribuição da EDP.
5.2. Trabalhos futuros
Com base no desenvolvimento deste modelo de testes e na experiência adquirida na
realização dos ensaios, defino este como um ponto de partida para a criação de settings pré-
definidos para ensaios de comissionamento de Sistemas de Protecção, Comando e Controlo
Numérico de Subestações pois tal diligência permitiria uniformizar de uma forma mais
consistente o actual modelo de testes criado.
A adequação dos protocolos de ensaio à nova realidade de execução dos ensaios de
comissionamento julgo que seja a iniciativa mais urgente a tomar, dada a automatização de
processos criada com esta aplicação.
Numa perspectiva mais ambiciosa, propunha o desenvolvimento de uma aplicação que
relacionasse cada teste executado com o evento respectivo recebido para SCADA. Desta
forma estaríamos perante uma aplicação a todos o níveis notável, não só ao nível de
protecção comando e controlo, como também ao nível de comunicação.
59
Referências
[1] DMA-C13-501/N, “Instalações AT e MT. Subestações de Distribuição, Sistemas de Protecção Comando e Controlo Numérico (SPCC), Características e Ensaios”, DNT – Direcção de Normalização e Tecnologia, EDP Distribuição, FEV 2007.
[2] CMC 356, Reference Manual, OMICRON, Versão AE.1.
[3] Siemens, Esquemas Funcionais – EDP.
[4] DEF-C13-503/N, “Instalações AT e MT. Subestações de Distribuição, Generalidades: Sistemas de Protecção, Comando e Controlo Numérico (SPCC). Interface Humano-Máquina, Especificação Funcional”, DNT – Direcção de Normalização e Tecnologia, EDP Distribuição, FEV 2007.
[5] Test Universe Protection Package – User Manual, OMICRON, Versão 2.2
[6] Siemens, “Nota técnica – Normalização dos Painéis Tipo”, EDP, versão 1.0, 2008.
[7] DEF-C13-570/N, “Instalações AT e MT. Subestações de Distribuição, Sistemas de Protecção, Comando e Controlo Numérico (SPCC). Funções de Protecção, Especificação Funcional”, DNT – Direcção de Normalização e Tecnologia, EDP Distribuição, FEV 2007.
[8] D00-C13-570/N, “Instalações AT e MT. Subestações de Distribuição, Sistemas de Protecção, Comando e Controlo Numérico (SPCC). Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED) – Entradas e saídas Externas, Generalidades”, DNT – Direcção de Normalização e Tecnologia, EDP Distribuição, FEV 2007.
[9] DEF-C13-551/N, “Instalações AT e MT. Subestações de Distribuição, Função de Automatismo: “religação rápida e/ou lenta de disjuntores”, Especificação funcional”, DNT – Direcção de Normalização e Tecnologia, EDP Distribuição, FEV 2007.
[10] SIPROTEC, “Manual Multi-Functional Protective Replay with Local Control 7SJ62/64, versão 4.7.
[11] Siemens, Protocolo de Ensaios Funcionais de Sistemas de Protecção, Comando e controlo (SPCC)
[12] DEF-C13-501/N, “Instalações AT e MT. Subestações de Distribuição, Generalidades: condições específicas e modos de funcionamento, Especificação Funcional”, DNT – Direcção de Normalização e Tecnologia, EDP Distribuição, FEV 2007.
60
[13] SIPROTEC, “DIGSI Manager – Software de parametrização dos dispositivos electrónicos inteligentes (IED)”, versão 4.81.20.
[14] SIEMENS, “EDP SICAM PAS IEC61850 Protocol – Operação e Manutenção”
61
Anexos
RELATÓRIO DE TESTES
Em anexo foi colocado um excerto do relatório de ensaio que é gerado automaticamente
pelo modelo de ensaio desenvolvido. Este relatório é constituído por todos os testes de ensaio
desenvolvidos e inclui todas as parametrizações de settings para a execução dos mesmos. Os
critérios de avaliação estipulados e as condições de validação também estão descriminadas
individualmente.
Gostaria ainda de salientar que a inclusão do relatório neste formato de texto
desconfigurou de sobremaneira as formatações do mesmo. A sua visualização pós exportação
do software “Test Universe” apresenta um interface gráfico bem mais apelativo!
. . Equipamento em Teste - Ajustes do dispositivo
. . .
Subestação/Vão:
Subestação: SE FEUP Endereço da Subestação: Rua Dr. Roberto Frias
Bay: EEC0020 Endereço do Vão: Projecto Final
. . .
Dispositivo:
Nome/descrição: 7SJ64 Fabricante: SIEMENS, SA
62
Tipo de Dispositivo: Painel Linha MT Endereço do dispositivo:
Número Modelo/Série: 123456789
Info adicional 1: Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto
Info adicional 2: Trabalho de Dissertação
Hardware Configuration
.
Equipamento de Teste
Tipo No de série
CMC356 ??????
. .
Verificação de Hardware
Executado Por Resultado Detalhes
Ainda não executado
Verificações preliminares
Texto da instrução:
Registo de dados da UP:
- Painel n º
- MLFB / UP:
- Nº Série:
- Versão Firmware:
- Versão Bootsystem:
- Versão P-Set:
- Versão Comunicação:
- Nº IP:
63
Entrada de usuário:
Estado do teste: Inativo
Entradas Digitais: . . Módulo de teste
Nome: OMICRON Annunciation Checker Versão: 2.22
Início do teste: Fim do Teste:
Nome do Usuário: Gerente:
Companhia:
Resultados do teste
Degrau de Teste LED LED UP PCL
Parte móvel extraida Não usado o o
Parte móvel Introduz Não usado o o
Disjuntor desligado Não usado o o
Disjuntor ligado Não usado o o
Painel ensaio 1 o o o
Superv. circ. fecho Não usado o o
Superv. circ. abert. Não usado o o
Secc. terra aberto Não usado o o
Secc. terra fechado Não usado o o
Arco Int. CCFC 7 o o o
Molas Frouxas 6 o o o
SF6 Nível 1 Alarme 9 o o o
SF6 Nível 2 Disparo Não usado o o
REE On (superv.relé) Não usado o Não usado
Falta Força Motriz Não usado o o
DTR Inst. TSA+RN BP Não usado o Não usado
Reserva Não usado Não usado Não usado
Reserva Não usado Não usado Não usado
Reserva Não usado Não usado Não usado
64
DTR Inst. TSA+RN BO Não usado o Não usado
Aval.: + .. Aprovado x .. Reprovado o .. Não avaliado
Pontos de Teste
Total: 35 Aprovado: 0 Reprovado: 0 Não Testado: 35
.
.
Estado do teste:
Nenhum resultado disponível!
Saídas Digitais: . . Módulo de teste
Nome: OMICRON Annunciation Checker Versão: 2.22
Início do teste: Fim do Teste:
Nome do Usuário: Gerente:
Companhia:
Resultados do teste
Degrau de Teste LED LED Destino UP
REE Normal Não usado o o
REE Especial Não usado o o
Reserva Não usado Não usado Não usado
Arranque MIF/MIH/PTR 2 o o o
Disparo MIF 5 o o o
Disjuntor Abrir Não usado o o
Disjuntor fechar Não usado o o
Reserva Não usado Não usado Não usado
Reserva Não usado Não usado Não usado
Disparo MIH 4 o o o
65
Disparo PTR 3 o o o
Reserva Não usado o o
Watchdog Não usado o o
Aval.: + .. Aprovado x .. Reprovado o .. Não avaliado
Degrau de Teste LED PCL
REE Normal Não usado
REE Especial Não usado
Reserva Não usado
Arranque MIF/MIH/PTR 2 Não usado
Disparo MIF 5 Não usado
Disjuntor Abrir o
Disjuntor fechar o
Reserva Não usado
Reserva Não usado
Disparo MIH 4 Não usado
Disparo PTR 3 Não usado
Reserva Não usado
Watchdog Não usado
Aval.: + .. Aprovado x .. Reprovado o .. Não avaliado
Pontos de Teste
Total: 26 Aprovado: 0 Reprovado: 0 Não Testado: 26
.
.
Estado do teste:
Nenhum resultado disponível!
66
Medidas Analógicas: . . Módulo de teste
Nome: OMICRON Annunciation Checker Versão: 2.22
Início do teste: Fim do Teste:
Nome do Usuário: Gerente:
Companhia:
Resultados do teste
Degrau de Teste LED Unidade de Protecção PCL Unidade de Protecção
Fase L1 IL1 o IL1 o UL1-E o
Fase L2 IL2 o IL2 o UL2-E o
Fase L3 IL3 o IL3 o UL3-E o
Sistema Directo I1 > 0 o I1 > 0 o U1 > 0 o
Sistema Homop. Somat In=3*Ifase o In=3*Ifase o Un=3*Ifase o
Sistema Homopolar Ien o Ien o Uen o
Potência Activa o Activa o Reactiva o
Aval.: + .. Aprovado x .. Reprovado o .. Não avaliado
Degrau de Teste LED Posição 1
Fase L1 UL1-E o
Fase L2 UL2-E o
Fase L3 UL3LE o
Sistema Directo U1 > 0 o
Sistema Homop. Somat Un=3*Ifase o
Sistema Homopolar Uen o
Potência Reactiva o
Aval.: + .. Aprovado x .. Reprovado o .. Não avaliado
Pontos de Teste
Total: 28 Aprovado: 0 Reprovado: 0 Não Testado: 28
.
.
67
Estado do teste:
Nenhum resultado disponível!
. . Equipamento em Teste - Ajustes do dispositivo
. . .
Subestação/Vão:
Subestação: SE FEUP Endereço da Subestação: Rua Dr. Roberto Frias
Bay: EEC0020 Endereço do Vão: Projecto Final
. . .
Dispositivo:
Nome/descrição: 7SJ64 Fabricante: SIEMENS, SA
Tipo de Dispositivo: Painel Linha MT Endereço do dispositivo:
Número Modelo/Série: 123456789
Info adicional 1: Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto
Info adicional 2: Trabalho de Dissertação
Hardware Configuration
.
Equipamento de Teste
Tipo No de série
CMC356 ??????
. .
68
Verificação de Hardware
Executado Por Resultado Detalhes
Ainda não executado
GRUPO SETTINGS-A; R/N-Impedante RR
Texto da instrução:
Procedimento a seguir:
- Comutar a grupo de settings para A
Entrada de usuário:
Característica L1-L2-L3:
Equipamento em teste - Parametros de Sobrecorrente
.
Proteção de sobrecorrente
Tolerância de Tempo Abs.: 0,100 s Tolerância de Tempo Rel.: 10,00 %
Tolerância de Corrente Abs.: 0,10 In Tolerância de Corrente
Rel.:
5,00 %
Conexão TP: Em linha
Conexão ponto de neutro do TC: Em direção à linha
Direcional: Não
Relação de Reset: 0,95
Aplicar auto-reinicialização: Não
Limiar Ativo Corrente de Pickup Hora Característica
I> Sim 1,000 In (1,000 A) 1,000 s Tempo definido
I>> Sim 4,000 In (4,000 A) 0,100 s
I>>> Sim 10,000 In (10,000 A) 0,050 s
Ajustes do Teste para Tipo de Falta L1-L2-L3
69
.
Modelo de Falta
Tempo de pré-falta: 0,000 s
Tempo de pós-falta: 500,0 ms
Max. tempo abs. de
falta:
240,0 s Max. tempo rel.de falta: 100,00 %
Tensão de falta: 1,000 Vn
Corrente de Carga: 0,000 In
Ângulo: -75,00 °
Resete th. Habilitado: Não
Método de Reset Th.: Manual
.
Teste de Pickup
Tipo de Teste: Não executar o teste
Valor de Disparo: n/a
Resolução: 100,0 ms
Avaliar: Não
Relativo I [A] Direção tnom tmin tmax Max. Tempo
de Falta
0,95 I> 0,95 n/a N/R 900,0 ms N/R 240,0 s
0,95 I>> 3,80 n/a 1,000 s 900,0 ms 1,100 s 2,200 s
0,95 I>>> 9,50 n/a 100,0 ms 0,000 s 200,0 ms 400,0 ms
1,05 I> 1,05 n/a 1,000 s 900,0 ms N/R 240,0 s
1,05 I>> 4,20 n/a 100,0 ms 0,000 s 1,100 s 2,200 s
1,05 I>>> 10,50 n/a 50,00 ms 0,000 s 200,0 ms 400,0 ms
.
Saídas binárias
Saída bin. 1: 0
Saída bin. 2: 0
Saída bin. 3: 0
Saída bin. 4: 0
Condição de trigger
70
Lógica de Trigger: OU
Disp. Disjuntor: 1
Arr. MSQT: X
. . Módulo de teste
Nome: OMICRON Overcurrent Versão: 2.22
Início do teste: Fim do Teste:
Nome do Usuário: Gerente:
Companhia:
Resultados do Teste para Falta Tipo L1-L2-L3
Relativo I [A] Direção tnom treal Desvio [%] Estado sobrecarg
a
Resultado
0,95 I> 0,95 n/a N/R Não testado
0,95 I>> 3,80 n/a 1,000 s Não testado
0,95 I>>> 9,50 n/a 100,0 ms Não testado
1,05 I> 1,05 n/a 1,000 s Não testado
1,05 I>> 4,20 n/a 100,0 ms Não testado
1,05 I>>> 10,50 n/a 50,00 ms Não testado
.
Resultados do Teste de Pickup
Status do Teste: Nenhum resultado disponível!
Valor de Pickup:
Valor de Dropout:
Relação de Reset:
Erro de relação
(Relativo):
Avaliação:
.
Estado: